Túlmintavételezés nélküli digital-analóg konverter.
Barta Ottó

Előzmények
DAC
Szűrő
Buffer
Táp
Hang
Zárszó
Megjegyzés
A KIT
USB2SPDIF


Előzmények
Mindig is olyan CD játszót képzeltem el, ami analógosan szól. A szokvány CD-k megszólalásában van valamiféle fémes felhang az énekesek hangjában. A zene egésze plasztik szerű, a hangkép fárasztó, nem jön át a művészek által közvetített érzelem. Ezek kiküszöbölésére beszereztem egy CDPRO mechanikát a vezérlővel együtt. Ehhez már csak egy jó DAC-ot kellett építeni. Választásom az AD1865-ös csipre esett, mert tudtam, hogy HIGH END AUDIO készülékekben használják. Többek között az AN DAC1-DAC5 készülékekben.

DAC
Az SPDIF jelet egy 74LS04 (U4) logikai IC fogadja, amely 4 db invertert tartalmaz. Az első inverter egy invertáló erősítőt képez, amely a bejövő jelet TTL szintre erősíti. A második kapu jelformálást végez. A '04-es IC többi kapu áramkörét a hibakijelzésre, némításra használjuk fel. A digitális jelfeldolgozást a kevés külső alkatrészt igénylő igásló a CS8414 (U1) 96kHz-s receiver csip végzi. Ennek fő tulajdonsága az, hogy a bejövő jelből alacsony jitterrel rendelkező órajelet tud produkálni, amit képes tovább adni a DAC IC-nek. Előnye ennek az áramkörnek, hogy egy csipben tartalmazza a digitális jelfeldolgozás minden funkcióját. A hibajavítást, visszajelzést, a jel visszaállítást, a tároló memóriát, a PLL-t. Ez utóbbi filterét külső alkatrésszel a 20. lábon lehet beállítani. (r6 1k, c3 4,7nF) Az IC 2db 5 voltos tápfesszel működik. Az egyik 5V a digitális táp, a másik az un. analóg táp. Az IC M0, M1, M2 lábainak 0-ra, vagy 1-re állításával lehetőség van 8 fajta audio formátum beállítására. Elmondható, hogy gyakorlatilag mindenféle DAC csiphez beállítható. Jelen kapcsolásban a 6. mód használatos, mikor is 18 bitrátában dolgozik. Az IC 26. lába a soros adatkimenet, a 11. láb a frame syncron (jobb és balcsatorna jelző bit), a 12-es a soros órajel kimenet. A 11 és 26-os lábak jelét egy 74LS02 (U3) 4db NOR (nem-vagy) kaput tartalmazó áramkörre vezetjük. Ezzel a megoldással az adatjelet még a DAC előtt szétválogatjuk az áramkörrel, tehermentesítve a DAC csippet. Ha valaki non+ultrát akar, akkor a 74LS02 megfelelő kimeneteire felülvágó RC szűrőt aplikál 47 Ohm és 47pF felhasználásával. Ezzel kiiktathatja a digi jelek, órajelek felharmónikusait ami jótékony hatással van a dacon keresztül a kimeneti jelre. A CS8414 az órajelet közvetlenül a DAC órajel bemenetére adja.
A DAC az Analóg Devices cég AD1865-ös (U3) csipje, ami egy komplett 18 bites duál audio DAC. Képes a 256-szoros túlmintavételezésű jelek feldolgozására is. Jelen esetben a túlmintavételezéstől tartózkodunk mint pap a kuplerájtól. Ha egyszer valamilyen jelszint 44100 mintát tartalmaz, akkor annak felbontása semmilyen reklámozott hókusz-pókusztól nem lesz nagyobb felbontású, azaz pontosabb. IC-nk 110dB jelzaj viszonnyal, 0,003% torzítással, 116dB-es áthallással rendelkezik az egész hangfrekis tartományban. A konverterben lézerrel trimmelt ellánállás lánc végzi az AD átalakítást. Nem véletlen, hogy a nagy gyártók ezt a konvertert használják. Ára sajnos borsos, de viszont szépen szól. A csipnek feszültség kimenete és áram kimenete is van. Az előző esetben egy rendkívül jó tulajdonságú műveleti erősítő az I/U konverter. Mi ezt helyből el is felejtjük, mert nem szeretjük a műveleti erőlködőket, hanem egy egyszerű ellenállást használunk I/U konverterként a 4, 21-es lábra kötve. Ezen áramkimenetek 1mA-t adnak ki. Az ide kapcsolt ellenállással be tudjuk állítani DAC-unk kimeneti feszültségét. Az AD1865 részére +5V digitális, és +-5V analóg tápellátást kell biztosítani.

Szűrő
Az áramkimeneten egy 560pF (C4, C6) értékű kondernzátor a négyszögjel átvitelt javítja. Ezzel párhuzamosan van kapcsolva a 150 Ohm (r7, r9) értékű I/U konverter. A 800uH (L1,L2) induktivitás a szűrő fázismenetét korrigálja. Maga a szűrő egy egyszerű RC tag. (r8 3,3k c5 1nF - r10, c7) Ezzel a szűrővel nem állítjuk, hogy az átvitel 20k-ig lineáris, de azt állítjuk, hogy a hangminőség tökéletes. A stúdió szabvány nemrég még 16kHz felső frekvenciát határozott meg, de igen szigorú volt a fázis eltérések esetében. Ugye milyen szépen szólnak azok a fekete lemezek!

Buffer
A DAC kimenete nem terhelhető, ezért egy transzformátort, vagy egy csöves buffer fokozatot kell utána építeni. Akinek vannak műszerei, pénze Lundhal trafóra, vagy a KIT-nél említett illesztőre, az használjon nyugodtan transzformátort. Tájékoztatásul írom, hogy a 0,08mm vastag trafólemezből álló mag ára 10000 Forintos nagyságrendű, és ehhez jön még a munkabér, réz költség. Jelen esetben mi E88CC csövekkel felépített buffert ajánlunk. Megfelelő alkatrészekkel természetesen ennek az ára is feltornászható. Fokozatunk a legegyszerűbb paralel anódkövető. Triódás, és A osztályban dolgozik. A két triódára azért van szükség, hogy a kimeneti ellenállás kisebb legyen, ill. a keletkezett hang dinamikusabban szólaljon meg.

Táp
Ebből sok fajta van, de nem azért, hogy céltalanul költsük a pénzünket. A hangminőségre talán ez van a legnagyobb hatással. Analógiával élve: ha egy aktív eszköz a vízcsap, és a tápja a vízhálózat, akkor beláthatjuk, hogy akármilyen pontosan szabályozzuk azt a csapot valamilyen utasításra, pl.: szinuszosan, ha a víz koszos, akkor az output is szennyvíz. Aktív eszközeinkkel az elektronok áramlását szabályozzuk. Ezen elektronokat a tápegység állítja elő.
A buffer tápja egyszerű, IRF740-es fettel működik csatornánként külön áteresztő elemmel. Ezen egységek 260V-os bemeneti feszültségét egy egyszerű zénerdiódás stabilizátor állítja elő. A csöves egység áthallása így kis értéken tartható, a hang dinamikusabb, és a zaj kisebb lesz. A táp 220k-s ellenállással előterhelt, ami a stabilizálás hatásosságának növelésén kívül a zajelnyomásra is jótékony hatással van. Természetesen ezen táp megépíthető az ezen a honlapon található alkatrészekből csöves egyenirányítással is.
Régebben kísérleteket folytattunk digitális áramkörök 5V-os tápjaival, így a dac-ok tápjaival is. Azt vettük észre, hogy ha egy impulzust vezetünk az áramkörökbe, akkor bevezetésének időpontjában a tápon is megjelenik az. Ezzel káros reflexiók, zavaros jelek képződnek. Ezeket szokvány 5V-os stab kockákra épülő kondenzátorokkal teletűzdelt tápokkal nem tudtuk megszűntetni. Sajnos a legtöbb készülék DAC-jában ilyenek vannak. A párhuzamos szabályzók ezt a hibát lecsökkentik, kiküszöbölik. Ezért tápunk egy durva táppal kezdődik, ami egy lm317 precíziós táppal valósul meg. Feladata a zajmentes 10-11V-os tápfesz előállítása. Ebből az 5V-os tápot TL431 párhuzamos szabályzó IC-vel valósítjuk meg. Az IC katódja és a 100 Ohmos ellenállás sarkán nagy stabilizáltságú 5 V jelenik meg, amelynek értéke a TL431 2,5V-os referencia feszültségétől függ. A kimenetet 270 Ohmos ellenállással előterheljük. Ez az ellenállás párhuzamosan kapcsolódik a TL431 belső ellenállásával, és így eredőjük rendkívül kicsi (a 0-hoz közelítő) értékű lesz. Az IC-k felől érkező a már 4,7uH-s induktivitással csökkentett digitális „visszapofázó” zajt gyakorlatilag rövidre zárja. Az áramkör végén található 100nF-os hidegítő kondenzátor, ami SMD kivitelű, és közvetlenül az IC-k lábára van forrasztva. Ezek hiányában az egész hóbelevanc működésképtelen a zavarok miatt. Az ilyen TL431-es egységekből 4 db van, mivel ennyi féle különálló 5V-ot kell biztosítanunk a jó hangminőség érdekében. Ezek sorra: 74LS02 és 74LS04, CS8414 digitális táp, CS8414 analóg táp, AD1865 digitális táp. Ez utóbbi csip még igényel +-5V analóg tápot is. Hogy kellőképpen elbonyolítsuk a tápot, ez is egy különleges szerkezet. 7805, 7905 stab kockákkal működik, de ezen IC-k talppontja egy műveleti erősítő kimenetére vannak ültetve. Ezen virtuális földvezeték potenciálja mindig ellentétesen változik a tápegység kimenetének valamelyik oldali változásával, ha egyszer beállítottuk a 0 pontot a P1, 3,9k Ohm-os heliotrimmerrel. A 0 pont azt jelenti, hogy a plusz és a mínusz tápokat összeadva matematikailag 0-t kell kapnunk. Az, hogy 4,9V, vagy 5,1V a tápfesz bennünket egyáltalán nem érdekel, nincs is jelentősége. De ezen feszültségek szimmetriája igencsak fontos, mert minek nekünk lézerrel trimmelt drága DAC, ha - egyik vezetőnk szavaival élve - elcsesszük a táppal az egészet.

Hang
Elkészített kütyünk hangja először is rendkívül analógos. Én ezt tartom a legnagyobb előnyének. A sztereó színpad széles, a hangszereket igazán jól pozícionálja. Az énekhang, és a hangszerek hangja természetes, a szokásos digitális gríz nélküli. E miatt sokan először magas hiányosnak érzik a hangját. Ilyenről szó sincs, nem vesz el a zenéből, de viszont nem tesz hozzá semmit. 1milláig bátran tudom ajánlani bármelyik DAC ellenében, ha gondosan, jó minőségű alkatrészekből építjük meg. A buffer csövével lehet kísérletezni típuson belül is, mert ebben az áramkörben azt is meglehet hallani. Én jelenleg ugyanilyen kapcsolásban 5687 típusú triódákat használok. A dinamikán sokat lendített ez az igásló.

Zárszó
Áramkörünk közzétételével olyanoknak kívánunk segíteni, akik szeretik jó minőségben hallgatni a zenét, szeretik az analógos hangzást, szeretnek „bütykölni” és nem dőlnek be a HiFi újságoknak becézett reklámkiadványok írásainak.

Megjegyzés

A KIT
Már több példányban elkészült, és tulajdonosaik megelégedésére szolgál. A visszajelzések alapján a kimeneti szűrővel érdemes eljátszani. Én és egyik barátom tisztán akkumulátorokról tápláljuk, a KIT a hálózati és az akkumulátoros táplálást is kiszolgálja. Minden rajta van ugyanis az alap panelen, ami az akkumulátoros üzemhez kell. A hálózati táplálás esetén az ilyenkor szükséges trafók, egyenirányítók és az egyenirányítókról lejövő feszültség első puffer kondijai nincsennek csak a panelon, de ez szándékosan nem került rá. Egyrészt, mert így számtalan variáció kipróbálható - főleg a puffer elkó típusa, értéke, ad okot kísérletezésre. Másrészt az itt keletkező mágneses, és elektromos valamint mechanikai zavarokat illik minél távolabb tartani a paneltől!
Az összeszerelésről: A megvásárolt KIT-et érdemes előszőr a mellékelt dokumentációk alapján átnézni, hogy mindene meg van-e az összeszereléshez. A KIT-el szállított panel immár poziciószitázott így a beültetése nem lehet gond. A CS8414 beültetésével érdemes kezdeni, hacsak nem rendelkezünk különleges smd technikára specializálódott pákával. Ennek ugyan ellent mond a gondos szerelés elve, hiszen a CS is és a DAC is fokozottan érzékenyek a statikus töltésekre. Ezért a józan ész szerint a CS-t és a DAC-os is legutoljára kellene beszerelnünk, csak hát úgy nem kényelmes. Tehát a MOS áramkörök védő szabályait figyelembe véve vegyük le műszálas pulóverünk, mossunk kezet, vagy használjunk antisztatizáló csuklópántot satöbbi. A kényelmi szempontok miatt kezdjük a beforrsztását a CS8414-nek. Előszőr a két átlós lábát rögzítsük a panelen, finoman középre igazítva. Aztán haladjun felváltva a két oldal forrasztásával egymással szemben felváltva. Csináljuk vagy nagyon lassan, vagy nagyon gyorsan, hogy az ic-t a melegítéssel ne tegyük tönkre. (Wellerpáka minimum követelmény! Más pákáknál vigyázzunk, mert a páka is lehet statikusan töltött, illetve magas feszűltségű! - már 40-50V is tönkreteheti!) Ha befejeztük hátradőlhetünk pihenni egy kicsit, az smd kondik beforrasztása előtt.
A kondik beforrasztása után forraszthatjuk az ic-ket, illetve a DAC foglalatát. Sokan vitatkoznak a foglalatok helyességéről, a hang szempontjából - természetesen árt a zenének. Ezért foglalatot csak a DAC-nak szántam, mert érzékeny a statikus töltésre és rettentő drága, másrészt az élesztésnél könnyebb egy foglalaton mérni, mint a beszerelt ic-n. Mivel a bemenet nincs leválasztva galvanikusan, ezért érdemes lehet a U4-et is foglalatba ültetni. (Ez a foglalat nem része a KIT-nek! Mert foglalat ellenesek vagyunk :) Ha esetleg áram alatti CD lejátszóhoz csatlakoztattuk a DAC-unkat számíthatunk ezen ic tönkremenetelére, de szélsőséges esetben a CS8414 is cserére szorulhat. Ezért legyünk óvatosak, és csak kikapcsolt készüléket csatlakoztassunk kikapcsolt készülékhez! Itt említeném meg, hogy a bemenetre tehetünk egy leválasztó trafót. Erre a trafóra két megoldás is ismert a gyári trafó megvásárlásán kívűl! Az egyik és egyszerű megoldás régebbi ethernet kártyákról (BNC-s) a trafó éppen ilyen feladatokra készült, vagy megtekerhetjük magunk is. A házilagos elkészítésnél magnak haszálhatjuk a számítógépes tápokban fellelhető sárgaszínű gyűrűmagot, amire tekerjünk fel primernek 10 menetet, szekundernek 12 menetet. A trafó szekunder oldalát egy 110 Ohmos ellenállásal söntölve vezessük a U1 bemenetére (9, 10 láb). A primer oldalt az SPDF csatlakozónál zárjuk le egy 75 Ohmos ellenállással és a trafó bemenetével sorba egy 220n-os kondival.
Haladjunk magassági sorrendben tovább a beforrasztásokkal és legvégül forrasszuk be a stab kockákat (U5, U6, U12). Attól függően, hogy milyen dobozba építjük érdemes kialakítani a hűtésűket. A hűtésre maga a doboz is felhasználható ekkor rövidke vezetékdarabkákkal forrasszuk be a panelba azokat.
Az élesztés: Ellenőrizzük le mégegyszer az alkatrészek bekötését! Főleg a TL431-ek állását! Ha mindent rendben találunk helyezzük áram alá a készüléket. Érdemes előszőr a digitális tápot ellenőrizni. Ha minden ic-n és a DAC foglalatán is a megfelelő feszűltségeket mértük tovább léphetünk az élesztésben. Segítség képpen a U4 és U3 7.GND, 14.+5V, a U1 7,24,22,18,16 +5V, valamint a 23, 17, 8 DGND, míg a 21, AGND. A U2 1 lába az analóg -5V, a 24-es lába az analóg +5V. A 9-es lábon várja a +5V-ot a digitális rész. A 13,6,19-es lába DGND. A panelen a digitális és az analóg GND-k nincsenek közösítve! Ezt a buffer földjénél közösítsük! A panelen erre nincsen külön megjelölt forrszem, a két GND szigetre bárhová tehetjük. A nagy egybefüggő GND felület ezt biztosítja főleg ha az apró két oldalt összekötő forrszemeket is feltöltöttük ónnal. A GND-k közösítése elengedhetetlen az élesztés folyamán is, tehát előtte célszerű megejteni! A digitális táp bekapcsolásakor - he beültettük - a relének meg kell húzni, és a két LED-nek világítania kell! Ha ez nem történik meg a U4 vagy a U1 körül lehet a hiba.
Amint a digitális tápot rendben találtuk élesszük és szimmetrizáljuk az analóg részt. Helyezzük feszültség alá az analóg tápot és mérjük meg a feszültségeket. A P1 trimmerel állítsuk be a szimmetriát. Amikor megvagyunk helyezzük foglalatába az AD1865-öt kapcsoljuk be ismét a tápot, de immáron a digitális résszel együtt. Egy kis idő eltetlével ellenőrizzük le az analóg táp szimmetriáját, állítsunk utánna, ha nem lenne megfelelő. Amikor mindent rendben találunk kapcsoljuk ki, és kikapcsolt CD-hez csatlakoztassuk. (Én próbára csak play-gombos számítógép CD-ROM SPDF kimenetét szoktam használni) Amikor megnyomjuk a lejátszó gombját rövid időn belül a relé kattanását hallva a két hibát jelző LED kialszik és megszólal a ZENE.
Az AD1865-ös DAC chipet külön kell megvásárolni nem része a KIT-nek. Ennek az az oka, hogy a DAC igazán exkluzív darabja J-K jelzésűek és szinte beszerezhetetlenek - nem beszélve az árukról. A KIT-et építők azonban igényelték a saját maguk álltali beszerelhetőségét ezért a KIT-nek nem része. Aki mégis rám bizza a dolgot be kell érnie a "kommersz" J-N jelzésűvel. A panel ugyan a DIL tokozásúhoz készült, de a panel egyik sarka kitörhető kivitelű. Ez a sarok a PLCC tokos DAC DIL-tokossá alakítását szolgálja, szükség esetén. Ha tehát PLCC tokos DAC-ot sikerült szereznünk van még egy forrasztásunk. Előszőr a DAC-ot forraszuk fel a kis panelkára, szintén átellenesen és óvatosan. Ezután helyezzük a panelkába a lábakat szolgáló tüskéket. A használata innentől kezdve ugyanaz, mint a normál DIL-tokos változatának. Ha már tudjuk, hogy ilyen módon leszünk kénytelenek megoldani a DAC beültetését, érdemes a C25, C24-et fektetve, vagy a forrasztási oldalról beültetni, hogy az átalakító panel kényelmesen elférjen.

USB2SPDIF
Mostanában új divat ütötte fel a fejét nálunk is, nem csak külföldön. Nevezetesen egyre többen hallgatnának zenét számítógépről de úgy, hogy annak előnytelen és a zene számára káros tulajdonságaitól mentesen. Ezt több tény is indokolja. Sokan készítenek felvételeket elektronikus formában pl. MIDI-n keresztül vagy más, de már közvetlen elektronikus formátumú zenét. Egyre inkább lehetséges nagy kiadóktól is közvetlenül elektronikus formában hozzá jutni felvételekhez. Ez azért jó, mert egyrészt kikerül sok-sok kereskedői utat, másrészt a jelenlegi felvételek gyakorta jobb minőségben készülnek mint amit egyszerű vissza játszó berendezések lehetővé tennének a szabványaik folytán. Harmadrészről igen előnyős lehet a zene szempontjából ha a rengeteg konvertálás mechanikai huzavonáktól megszabadulva, a legegyszerűbb, legközvetlenebb módon juthat el a hangszórónkba.
Ennek egyik lehetősége ha számítógépünk USB csatlakozóját felhasználva az oda irányított, és így érkező digitális jelet közvetlenül a DAC számára emészthető formátumú S/PDIF jellé alakítjuk. Így a zene az őt tároló formátumból az USB csatornán keresztűl közvetlenül S/PDIF jelfolyammá alakul szemben a hagyományos pl. formátum konverzió -> AudioCD -> Kiírása AudioCD-re -> Vissza olvasás az ö hibáival -> S/PDIF úttal szemben. Bár a a számítógépen tárolt információ vissza olvasási hibáktól mentes, nem úgy mint az AudioCD formátum, azért van itt is mit redukálni. A számítógépek kapcsoló üzemű tápja még igen nagy szűrés és símítás után is jelentős zajt produkálnak. Ezt kikerülendő érdemes laptopot használni, de azt is akkumlátorról. Maga az USB2SPDIF konverter gondoskodik a két készülék a DAC és a számítógép galvanikus leválasztásáról egy trafón keresztül, így ezzel már nem lehet gondunk. Az USB2SPDIF konverter kialakítása folytán közvetlenül beépíthető DAC-unkba. A számítógépen semmi különös installálásra nincs szükség akár Ablax akár MacOS-t használunk. A konverteren két tüskesor található az egyik pár tüskesor természetesen az S/PDIF kimenet amit a DAC bemenetére köthetünk, illetve az USB csatlakozó melleti tüskesorok, melyek fejhallgató kimenetek, ellenőrzés céljából.
A konverter szabványos USB 1.1-es bemenettel ellátott, kimenete szintén a szabványos 75Ω-os S/PDIF kimenet. Külön táp ellátást nem igényel azt az USB-ről kapja.
A KIT leírása és kezelési útmutatója innen letölthető.

Új panel
A fentebb említett megoldásban a digitális jelet egy 74ls04 ic fogadja. (U4 lásd. itt) Mint fentebb is említettem az én Rotel lejátszom kimenete nem volt hozzá megfelelő, a TTL ic túl érzéketlenné tette a bemenetet, legalább 0,6Vcs-cs-os jelszint kelett neki, a biztos működéshez. Ez több gyári készüléknél is problémát okozott, ezért és az USB2SPDIF átalakító miatt is célszerűvé vált a bemenetet kissé módosítani. Eredetileg sem értettem, hogy a CS8414 direkt SPDIF jel vételére szolgáló bemenetét miért kell egy TTL ic-vel "megvédeni", mert valójában nem sok védelmet adott neki. Mivel azonban a U4 más funkciókat is ellát a kapcsolásban nem akartam teljesen kihagyni -lustaság fél egézség:). Így a CS8414 bemenetére az adatlapja szerinti megoldást illesztettem, azaz az illesztő trafót közvetlenül csatlakoztattam a bemenetre, mint ahogyan a professzionális (AES/EBU) megoldáshoz javasolja is az adatlap. A trafó szekunder körébe bekerült a szokásos leválasztó kondenzátor (c52), ami egy smd alkatrészként kapott helyet a panelen. A trafó primerköri lezáró ellenállása normál ellenállásként (r33) szerepel, hogy ha esetlegesen cserélgetni szeretnénk egyszerűbb legyen. Az én esetemben az AES megoldásnak megfelelően 110Ω-os (az USB2SPDIF-nek is jobban áll ez az érték), de kicserélhető 75Ω-os ra is. A beültetéskor természetesen az átalakításnak megfelelően kell eljárni, az U4 6-os lábát hajlítsuk fel és ne ültessük be a c2-öt sem, hogy a CS8414 9-es és 10-es lába szabadon maradjon, mert ide jön a trafó kimenete. Értelem szerűen az r1, c1, r2, r3 beültetésének sem sok az értelme, tehát elhagyható. Azért, hogy ne lebegjen a u4 1-es lábán lévő bemenete, kössük vagy a 7-es vagy a 14-es lábára, bár én szabadon hagytam. (mert ez elméletileg a logikai H-nak számít, TTL kapuknál)
Amint elkerült a 74LS04 a bemenetről, a hangból is eltünt a sistergés, nem beszélve arról, hogy a Rotel kimenetét vissza alakíthattam az eredetire, már így is jól vette annak jelét. A felhasznált trafó természetesen az USB2SPDIF-nél is használt PE65612 impulzus trafó volt. Az újabb KIT már ezt a panelt tartalmazza és emiatt a trafó árával drágább. Mindenkinek sok sikert az építéshez. (Bozó Balázs kiegészítése)

www.elektroncso.hu » cikkek » a lapteteje