Самодельный адаптер S/PDIF
Предлагаемый адаптер послужит полезной и экономичной заменой оптического
кабеля длиной более 2 м, стоимость которого заметно возрастает с
увеличением длины. Этот адаптер обеспечивает передачу сигналов S/PDIF по
витой паре проводов в пределах квартиры от компьютера до оптического
входа аппаратуры звуковоспроизведения.
В последнее время получают распространение AV-ресиверы и активные
акустические системы с цифровым входом звукового сигнала по стандарту S/PDIR Кроме того,
домашний компьютер все чаще используется в качестве центра мультимедиа, а
также для хранения фильмов и музыки. На многих современных материнских
платах компьютеров уже имеются разъемы интерфейса S/PDIF. Это» интерфейс
позволяет передать многоканальный звук по одному коаксиальному или
оптическому кабелю, что избавляет от прокладки отдельного
экранированного кабеля для каждого звукового канала. Зачастую компьютер и
активная акустическая система разнесены на расстояние более 2 м, и
стандарт S/PDIF позволяет передать устойчивый к помехам и наводкам
цифровой поток звуковых сигналов, а также обеспечить гальваническую
развязку аппаратуры (при использовании оптопары).
При коаксиальном соединении необходимо использовать коаксиальный кабель с
волновым сопротивлением 75 Ом. Этим требованиям удовлетворяет кабель,
который используется для подключения антенны телевизора. При оптическом
соединении устройства должны быть связаны стандартной системой
соединения с помощью оптоволокна – TOSLINK.
Общеизвестно, что работающий компьютер — источник помех широкого
спектра, отрицательно влияющих на качество выводимого сигнала (как
аудио, так и видео). Большая часть этих помех возникает из-за
гальванической связи компьютера с устройстпом пиподо.
Если AV-ресивер содержит в себе гальваническую развязку коаксиального
кабеля, то вам повезло и необходимо только ограничение уровня выходного
сигнала с материнской платы [1]. Стандарт передачи по интерфейсу S/PDIF
oграничивает амплитуду сигнала на ypoвне 0.5 В. Проверить наличие
гальванической развязки можно, прозвонив контакт экрана коаксиального
входа и, допустим, контакт экрана аналоговых входов. Если сопротивление
бесконечное, то гальваническая развязка есть.
Если коаксиальный вход AV-ресивера не имеет гальванической развязки, то
предпочтительнее соединить компьютер и акустическую систему
оптоволокном, что снизит помехи и исключит опасность выхода из строя
входов/выходов устройств при случайном “горячем” включении/выключении.
При необходимости подключения на расстоянии 10 и более метров
потребуется найти мало распространенный и дорогой кабель TOSLINK. К тому
же не всегда в комплекте материнской платы компьютера идет планка с
оптическим выходом S/PDIR Поэтому удобнее и дешевле линию связи сделать
на простой витой паре, а непосредственно у оптического входа
акустической системы преобразовать электрический сигнал в оптический с
помощью светодиода.
Интерфейс S/PDIF, установленный на материнской плате, обычно имеет
выходной сигнал S/PDIF Out с ТТЛ уровнями. Можно предложить простую
нагрузку выхода светодиодом с токоограничивающим резистором. При этом
импульсный ток может превысить допустимый ток выхода микросхемы,
установленной на материнской плате и отвечающей за вывод сигнала S/PDIF.
В моем случае номинальный ток светодиода — 20 мА, а допустимый ток
микросхемы ALC889 — 10 мА. Такой вариант вполне работоспособен, но не
гарантирует безотказной работы и может привести к неисправности
оборудования, так как перегружает выход на материнской плате. Поэтому
для надежной работы интерфейса предлагаю изготовить адаптер.
Такой адаптер использован мной для соединения активной акустической
системы SVEN-HT500 и компьютера на расстоянии 10 м. Сигнал от компьютера
передается по одной из витых пар компьютерного сетевого кабеля UTP и
преобразуется в оптический сигнал с помощью сверхъяркого светодиода
L-813SRC-F, установленного непосредственно в оптическом разъеме S/PDIF
акустической системы.
Схема адаптера приведена на рис. 1. Сигнал S/PDIF с
соответствующего разъема материнской платы инвертируется и усиливается
шестью буферными элементами микросхемы DD1 с повышенной нагрузочной
способностью. Выходной ток одного элемента в состоянии логического нуля
может достигать 24 мА. Резисторы R1 и R2 необходимы для ограничения тока
светодиода и защиты от замыканий. Сопротивление R1 и R2, возможно,
потребуется подобрать, чтобы адаптер устойчиво работал при удалении
светодиода на расстояние 10…20 мм от оптического разъема. В качестве
светодиода оптимально использовать сверхъяркий с длиной волны
640…660нм. В качестве DD1 может быть применена любая микросхема ТТЛ с
достаточной нагрузочной способностью и быстродействием, необходимым для
передачи сигнала частотой до 6 МГц. Схема адаптера соответственно должна
быть изменена.
На рис. 2 приведен чертеж печатной платы адаптера
размерами 35×15 мм.
Конденсаторы устанавливают навесным монтажом (С1 припаян к выводам
микросхемы).
Светодиод L-813SRC-F желательно доработать согласно рис. 3
для того, чтобы установить его непосредственно в оптический разъем
аудиоаппаратуры.
На рис. 4 приведена фотография размещения адаптера на
стандартной планке компьютера. Для этого в ней необходимо просверлить
отверстие под разьем RCA. Оба контакта разъема должны быть изолированы
от планки и корпуса компьютера.
Теперь при просмотре DVD вы можете наслаждаться стереофоническим или
многоканальным звуком Dolby Digital и DTS, который будет воспроизводить
ваш AV-ресивер, если он оборудован соответствующими декодерами. Следует
отметить, что подавать на внешний AV-ресивер можно только стереопоток
(РСМ), например, с музыкального компакт-диска, АСЗ (Dolby Digital) или
DTS-поток. То есть можно с удовольствием посмотреть фильм на DVD или
послушать любимый компакт-диск. Но большинство игрушек с многоканальным
(но не Dolby Digital) звуком на ресивере послушать не удастся. Для этого
необходима звуковая карта, позволяющая “на лету’ кодировать любой звук в
поток Dolby Digital и пускать его в таком виде на цифровой выход. Можно
также воспользоваться программой AC3Fi!ter, позволяющей разложить любой
источник звука на многоканальный [2]. В противном случае для получения
многоканального звука в играх придется использовать аналоговое
подключение к AV-ресиверу.
Источник
Spdif оптический своими руками
ЦАП — своими руками
Автор: CODE43
Опубликовано 12.09.2012
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2012!»
Итак, прежде всего, хочу выразить большую благодарность хорошему человеку (в целях конспирации не называю, кто это :)), который в рамках новогоднего проекта Кот-Мороз 2012 прислал мне подарок. Кроме прочих полезностей, внутри обнаружился чип PCM1794 от Burr-Brown. Здоровый интерес взял верх, и я, отложив в сторону все, чем занимался до этого, начал искать информацию о том, что это такое и с чем его едят. Выяснилось, что данный чип применяется для построения высококачественных цифро-аналоговых преобразователей, которые преобразуют цифровой аудио-поток в аналоговый аудио-сигнал с максимально возможным качеством. Также выяснилось, что подобные устройства от ведущих производителей (Cyrus, Cambridge Audio, Hegel и др.) стоят очень немалых денег, как и сам чип не дешевый. Интерес возрос вдвойне – за что аудио-маньяки и аудиофилы готовы отдавать бешеные деньги – за красивую оболочку и дизайн или все-таки за действительно качественный звук?
Данная область электроники для меня оказалась новой и, чтоб сильно не углубляться в дебри цифро-аналогового преобразования (как выяснилось потом, углубиться все-таки пришлось), решил сначала поискать в сети готовые самодельные конструкции ЦАП. Прежде всего, искал конструкции с применением имеющегося у меня чипа. Как выяснилось, данная тема активно развивается на разных форумах о качественном звуке (в частности – Вегалаб). Просмотрев несколько схем, отчаялся – так как, мне оказалось проблематично на территории Украины приобрести необходимые комплектующие. Но, как это часто бывает, чисто случайно наткнулся на один забугорный ресурс [1], где оказалось много конструкций ЦАП. Из описанных там отдельных модулей удалось собрать единую схему ЦАП, к которой нашлись комплектующие в доступных мне Интернет-магазинах и базах (пришлось заказывать из нескольких). Об этой конструкции и хочу рассказать.
Большинство современной аудио-аппаратуры имеет выход для передачи цифрового аудио-потока, именуемый S/PDIF. Также цифровой выход может присутствовать в звуковых картах для ПК и материнских платах. Есть он и в старых моделях компьютерных CD-ROM (с кнопками Плей/пауза, стоп, в некоторых моделях еще и с переключением треков).
Данный стандарт был разработан компаниями SONY и PHILIPS и расшифровывается как Sony/PhilipsDigital Interface. Является совокупностью спецификаций протокола низкого уровня и аппаратной реализации, описывающих передачу цифрового звука между различными компонентами аудиоаппаратуры. Цифровой сигнал может передаваться по коаксиальному 75-омному кабелю (выход обозначается COAX) или по оптоволоконному кабелю (выход обозначается TOSLINK или OPTICAL) (рис.1). Оптический выход обычно закрыт заглушкой.
Рис.1
Формат S/PDIF подразумевает передачу цифрових аудио сигналов от одного устройства к другому без процедуры преобразования в аналоговый сигнал, что позволяет избежать ухудшения качества звука.
Схема.
Предварительно нарисовал блок-схему ЦАП (рис. 2):
Рис. 2 блок-схема ЦАП
S/PDIF to I2S receiver – это приемник/преобразователь цифрового аудио-потока из S/PDIF в двунаправленную асинхронную шину с последовательной передачей данныхI2S (Inter-IC Sound or Integrated Interchip Sound), может иметь в своем составе несколько цифровых входов, которые коммутируются программно или хардварно, цифровой фильтр, подавление джиттера, и еще много чего полезного. Данные из шины поступают, собственно в сам ЦАП (DAC), где и преобразуются в аудио-сигнал. Выход ЦАП – дифференциальный, токовый. Далее сигналы левого и правого каналов поступают в преобразователь ток/напряжение (I/U+ single-endedout) и после него – на выход устройства, которое имеет несимметричный заземленный выход. После него стерео-сигнал можно подавать на предварительный усилитель или усилитель мощности. Следует заметить, что усилитель мощности и акустика должны быть если не HI-END качества, то близкого к нему. Каждое из устройств этой блок-схемы имеет свой собственный высококачественный источник питания (особенно это касается аналоговой части). Это нужно для исключения взаимного проникновения помех, которые могут возникать при работе отдельных модулей устройства.
Рис.3 Принципиальная схема ЦАП
В данном случае реализован аппаратный метод управления. Для этого 26 ножка SDOUT микросхемы подключена через резистор R38 на корпус. В этом режиме функции чипа ограничены, но зато не требуется подключения внешнего управляющего контроллера. Микросхема IC2 — это супервизор питания для микросхемы декодера. С выхода микросхемы преобразованный цифровой аудио-поток через резисторы R27-R30 поступает в шину и, далее, в микросхему ЦАП ІС1, при этом имеется возможность выбрать джамперами JP8 и JP10 один из четырех форматов: 24-bit I2S, 24-bit right-justified, 24-bit, left-justified, Direct AES3. Джамперы JP1-JP4 служат для конфигурирования микросхемы ЦАП. С выхода ЦАП сигналы левого и правого каналов через преобразователи ток/напряжение на резисторах R7-R10 приходят на входы малошумящего операционного усилителя TL072 (U5)и далее, через токоограничивающие резисторы R19, R20 – на аудио-выход ЦАП.
Рис.4 Блок питания ЦАП
Блок питания построен с применением маломощных стабилизаторов с малым падением напряжения серии LE00 от ST. Стабилизаторы U6, U7, U8 питают микросхему декодера, U1, U2 – микросхему ЦАП, U3, U4 – операционный усилитель.
Этот ЦАП был собран исключительно ради эксперимента и для того, чтоб услышать как оно звучит (о прослушивании и впечатлениях ниже). Один мой коллега, услышав звук, издаваемый этим устройством, загорелся желанием собрать себе такой же, но чипа PCM1794 так и не удалось найти в продаже – только под заказ, и только с бешеными накрутками (в одном интернет-магазине цена под заказ была в районе 80$). Но не беда – в свободной продаже нашелся чип WM8740 от Wolfson – это также 24-битный ЦАП с частотой дискретизации до 192кГц, и почти на порядок дешевле. Эта микросхема успешно состыковалась с входной частью предыдущей схемы, в итоге имеем еще одну схему ЦАП:
Сборка и настройка
Оба ЦАП выполнены на печатных платах из двухстороннего стеклотекстолита – на одной стороне дорожки, на второй оставляем слой фольги в качестве экрана и соединяем его с общим проводом.
(Здесь на рисунках ПП видны артефакты преобразования – это результат вытягивания рисунка ПП из KiCad. В самом проекте KiCad файлы ПП нормальные)
Монтаж выполняем в такой последовательности: сначала собираем источники питания – впаиваем все диодные мосты, фильтрующие конденсаторы, стабилизаторы. Вместо стабилизаторов серии LE00 можно использовать стабилизаторы серий L78Lxx, UA78Lxx. Затем подключаем сетевой трансформатор. Трансформатор используется тороидальный мощностью 6 -10 Вт с напряжениями на вторичных обмотках 9В и 12Вх2 (Я когда заказывал эти трансформаторы – подходящего по мощности и напряжениям в наличии не оказалось. Пришлось заказывать два меньшей мощности и перематывать вторички на нужное напряжение. Это, кстати самая дорогостояща деталь в этой конструкции).
Далее включаем в сеть и проверяем напряжения на стабилизаторах согласно схеме. Если нет спецэффектов и все напряжения в норме, двигаемся дальше (спецэффекты могут быть, если неправильно впаять 79L12 – у них расположение выводов отличается от 78хх).
Собираем входную часть – впаиваем микросхему декодера CS8416 с обвязкой, входные цепи – входной трансформатор, оптический приемник с соответствующими элементами. Тут нужно сказать несколько слов о трансформаторе и оптическом приемнике. Погуглив примененные в (1) эти изделия, понял что приобрести их не удастся. Только под заказ и только по зверским ценам. Будем применять то, что удалось найти. Входной трансформатор был выдран из какой-то ВЧ платы made in USSR. Параметры его не определялись – был впаян как есть. Ориентировочно – это ферритовое кольцо типоразмера 10х6х6, скорее всего из ВЧ феррита. На нем намотаны две обмотки проводом 0,1мм в шелковой изоляции в количестве 15 – 20 витков каждая. Оптический приемник ищется в Интернет-магазинах по кодовому названию GQ-04 и стоит в районе 2$. Если вы попытаетесь найти какой-либо даташит на это произведение китайской промышленности, и даже если вам это удастся – не верьте! Во всем, что мне удалось найти неправильно указано расположение и цоколевка выводов, причем во всех по разному. Методом великого Научного Тыка было определено правильное подключение, — оно нарисовано во второй схеме ЦАП.
Согласно таблице конфигурируем перемычками микросхему декодера:
Источник