AF-DAC

[knuisje]

Ik liep al een tijdje rond met een plan om zelf een DAC te ontwikkelen. Als relatieve newbie leek me dat een leerzaam project. Ik wou zoveel mogelijk apparatuur kunnen aansluiten zoals CD-speler, kabeldecoder en computer via USB. Na heel veel lezen op het internet kwam ik tot het volgende ontwerp.

De input sectie wordt gevormd door de Cirrus CS8416 SPDIF ontvanger. Hierop aangesloten wordt een coax en optische ingang en verder een PCM2704 die de omzetting van USB naar SPDIF doet. Met wat logica maak ik gebruik van de bronkeuze voorziening van de CS8416. Hierdoor kan ik met een drukknop tussen de bronnen kiezen en toont een ledje welke actief is.

Daarna volgt een SRC4192 ASRC die elke invoer omzet naar 24 bit I2S 96kHz formaat. Daarna volgt een inverter-flipflop reclocker om de jitter te verlagen. Deze heb ik uitgevoerd met picogates.

Vervolgens voert een PCM1794 gebalanceerde DAC de digitaal-analoog conversie uit. De ASRC, flipflops en dac worden alledrie rechtstreeks vanuit een oscillator geklokt.

De I/V omzetter bestaat per kanaal uit 2 OPA861 OTA's (geen "gewone" opamp). Deze zorgen ervoor dat de DAC een lage impedantie ziet, waardoor de I/V weerstand voldoende groot kan worden. Filtering is minimaal vanwege de achtvoudige oversampling door de PCM1794 (alleen een 2200pf over de I/V weerstand). Voor de balanced naar single-ended conversie heb ik de LM49710 gebruikt.

Er worden veel spanningen gebruikt: 3.3, +5, -5, -16 en +16V. Ik heb voedingen gemaakt met de LM317 met daarna LT1763 lowdrop regelaars. De opamp voeding heb ik gebaseerd op de Relaixed voeding. Drie trafo's gebruikt voor de dac-print, de I/V omzetter en de oscillator & reclocker.

Printen heb ik laten maken bij Olimex (kan ik aanbevelen).

Vandaag heb ik hem spelend gekregen. In eerste instantie geen geluid, dit bleek te liggen aan de inverter van de reclocker die geen spanning kreeg. Het klinkt op het eerste gehoor mooi. Ik heb stemmen en instrumenten nog nooit zo realistisch gehoord.

Het was leuk om te doen, ik heb er veel van geleerd.

Goed, na dit lange betoog nog wat plaatjes.

[MidiMaze]

Nice mooi project !

1 vraagje, als je nu een bron aansluit die outupt op 44.1, sample je die dan ook op naar 96? Dat is dan geen gehele vermenigvuldiging zoals je van 48 naar 96 zou hebben. Krijg je dan geen problemen door het oversamplen, en dus kwaliteits verlies?

[knuisje]

Ja, alles gaat naar 24/96 formaat. Ik wou het simpel houden om meerdere formaten aan te kunnen. Of het in de praktijk hoorbaar uitmaakt is een tweede. Die SRC4192 is voor mijn toepassing voldoende.

Als je deze DAC alleen zou gebruiken voor 44.1 formaten kun je inderdaad die ASRC beter weglaten.

[voodooless]

1 vraagje, als je nu een bron aansluit die outupt op 44.1, sample je die dan ook op naar 96? Dat is dan geen gehele vermenigvuldiging zoals je van 48 naar 96 zou hebben. Krijg je dan geen problemen door het oversamplen, en dus kwaliteits verlies?

Zie specs ASRC Ik denk niet dat je je met een THD van -140 dB zorgen moet maken dat ie iets gaat horen.

Verder: heel erg netjes uitgevoerd project! Ik zou willen dat ik zelf de moed had ooit eens zelf zoiets te maken

[MidiMaze]

Het vak continue en discrete signaal theorie denkt daar anders heel anders over...

[voodooless]

Het vak continue en discrete signaal theorie denkt daar anders heel anders over...

Wat denk dat vak dan?

[gugi100]

Knuisje,

heel mooi gedaan en een mooie keuze voor IV omzetter!
De voeding voor de OPA861 is ook een (aangepaste) relaixed voeding met +/- 5 volt?

groet Gert-Jan

[MidiMaze]

Het vak continue en discrete signaal theorie denkt daar anders heel anders over...

Wat denk dat vak dan?

Als je door middel van convolutie van het 44.1 naar een 96 signaal zou gaan, dan ben je constant aan het interpoleren omdat de sample frequenties geen veelvoud van elkaar zijn. Je zal dus niets van je orginele signaal overhouden waarbij je ook nog eens een bult rommel van het niet ideaale interpolatie filter zal introduceren.
Voor een meer wiskundige verklaring moet ik mijn boek opzoeken, vak is ook al weer 6 jaar terug...

[voodooless]

Als je door middel van convolutie van het 44.1 naar een 96 signaal zou gaan, dan ben je constant aan het interpoleren omdat de sample frequenties geen veelvoud van elkaar zijn. Je zal dus niets van je orginele signaal overhouden waarbij je ook nog eens een bult rommel van het niet ideaale interpolatie filter zal introduceren.

Natuurlijk, maar je stelt het wel heel erg zwart/wit. Shannon Nyquist geldt namelijk nog steeds, en natuurlijk maakt het interpolatie filter rommel, maar dat filteren we er toch weer uit.

Verder interpoleren we niet!
- Het orginele signaal wordt gemultipliceerd met gemeelschappelijke multiplicator van 44.1 en 96 Khz, En alle nieuwe samples maken we 0
- We gebruiken een digitaal filter om alle aliasing troep uit dit signaal te filteren
- En vervolgens gooien we gewoon ieder x-tje sample weg tot we weer op 96 Khz uitkomen.

Je kunt dat interpolatie noemen, maar dat is het eigenlijk niet. Op deze manier voldoe je prima aan Shannon-Nyquist, op het feit na dat het filter niet ideaal is.

De kwaliteit van het filter bepaald hier dan ook in hoge mate de kwaliteit van de upsample. In dit geval mag je met een stopband van -144 dB en een ripple van 0.007 dB heel erg tevreden zijn dacht ik zo, tenzij je me wil wijsmaken dat jij signalen boven de 20 Khz met een diepte van 144 dB kan horen...

Verder wil ik gewoon verwijzen naar de datasheet van het ding, die zegt genoeg over de performance van het ding.

[dekkersj]

Zo is dat, het converteren van 44k1 naar 96k gaat met ideale interpolatie. Sinc-interpolatie dus en hoeft geen probleem te zijn. De spec's van die rate convertor zeggen genoeg en die liegen er niet om. De passband ripple zal ook wel ver binnen acceptabele grenzen zijn en eigenlijk is er niets aan het handje.

Edit: voodooless heeft die ripple reeds gekwantificeerd en dat is meer dan okidoki.

Groet,
Jacco

[knuisje]

De voeding voor de OPA861 is ook een (aangepaste) relaixed voeding met +/- 5 volt?

Ja, voorlopig wel. Ik had toch 2 printjes hiervan. Ik moet alleen nog navragen bij SSassen of dit wel goed mogelijk is. Misschien kom ik nu buiten de specs van de gebruikte componenten. De opamps op de voeding worden warmer dan bij de 16V versie.

[knuisje]

De DAC klonk erg goed maar het uitgangsniveau lag (te) laag zodat de volumeknop een flink eind open moest voor wat volume. Hiervoor eindeloos gepield met de I/V omzetter. Allerlei waarden voor de I/V weerstanden en de opamps gebruikt, maar ik kreeg het niet veel beter (ondanks dat het in de simulator wel goed ging).

Daardoor kreeg ik het vermoeden dat het concept met de OPA861 toch niet helemaal ging werken. Daarom voor $14 een
IVY-printje bij Twisted Pair Audio besteld. Dit is een I/V omzetter voor dacs met een gebalanceerde stroomuitgang. Het werkt met de THS4131 en de LM4562 voor bal. naar se. conversie.
Deze IVY opgebouwd en wat getweaked, maar het resultaat was hetzelfde: een laag volume.

Zou ik dan toch iets fout hebben gedaan op de dac-print? En na wat speurwerk, ja hoor verdomd. De IREF pin van de PCM1794 hoort via een 10K weerstand aan de massa te liggen. Bij mij lag de weerstand niet aan de massa!
Alsnog de weerstand met een brugje aan de massa gelegd en inderdaad normaal volume.

Het printje met de OPA861 was door het vele (de)solderen onbruikbaar geraakt, dus ik gebruik nu de IVY. Dit klinkt zeer goed, zoals ook gebleken is in Breda. Misschien bestel ik nog een keer een nieuwe print voor de OPA's zodat ik kan vergelijken. Voorlopig ben ik echter tevreden.

De voor- en achterplaat heb ik laten frezen bij Schaeffer in Berlijn.

Nog wat fotootjes.

[Wowly]

Wow!! Da's "aardig" gelukt zou ik zeggen.

Wat zag ik nou aan het begin van dit draadje staan; "relatieve Newbie"????

Jan

[knuisje]

Dank je.

Ik doe nog maar sinds ruim een jaar wat met electronica, en heb er ook geen enkele opleiding in gehad. Het is jouw "schuld" dat ik aan deze hobby ben begonnen.
Dat is namelijk nav. je topic op het HT-forum over de bouw van een UcD versterker.

[voodooless]

Merk op dat er voor de IVY wat alternatieve componenten zijn die het geheel nog wat beter en stabieler zouden moeten maken. Je zou eens op DIYAudio moeten speuren naar de aanpassingen.

[knuisje]

Die aanpassingen hebben alleen betrekking op het gebruik van de IVY met de ESS Sabre dac-chip. Voor gebruik met de PCM1794 zijn volgens mij geen aanpassingen bekend.

Overigens heb ik de IVY aangepast met o.a. aparte voedingen voor de THS4131 en LM4562 (ik heb toch 2 voedingen) en smd ferrietbeads in de voedingslijnen.

[voodooless]

Die aanpassingen hebben alleen betrekking op het gebruik van de IVY met de ESS Sabre dac-chip. Voor gebruik met de PCM1794 zijn volgens mij geen aanpassingen bekend.

Volgens mij was het verhaal dat deze aanpassingen ook voor de standaard IVY overgenomen zou worden.

[knuisje]

Ik heb ook de OPA861 I/V omzetter weer werkend gekregen (met nu ook normaal volume ). Hij klinkt wat voller en ruimtelijker dan de IVY, wat aangenamer. Hierbij vergeleken klinkt de IVY toch wat dunner en iets aggressiever.

Ik ga de IVY uitbouwen en zet de OPA I/V erin als definitieve oplossing.

[cve]

Ik ga de IVY uitbouwen en zet de OPA I/V erin als definitieve oplossing.

Is er een groot verschil met wat we in Breda hoorde? Dat was trouwens al erg goed.

Co

[knuisje]

Ik vind het verschil wel zodanig dat ik een blinde test zou aandurven.

Hier staat een ontwerp dat ook gebruik maakt van een OPA861. Zij bufferen ook nog met de OPA861 terwijl ik dat met de LME49710 doe omdat ik van gebalanceerd naar single ended ga. Hierbij raak ik tevens de dc offset kwijt zodat ik geen koppelcondensator nodig heb.

[Timmes]

Even terugkomend op de SRC, ik blijft het vreemd vinden dan een klein chipje zo makkelijk iets kan doen waar een moderne PC toch flink wat MHZ'en voor nodig heeft (bij gebruik van SRC libs als PPHS of SSRC) om echt goed te doen. In mijn geval wordt m'n 3200+ processor voor 50 procesnt belast om van 44,1 naar 96 te gaan met PPHS.

Bij de Soundblaster X-Fi is ook het grootste deel van het chipoppervlak aan SRC units besteed (maar dan wel 256 stuks ).

[knuisje]

En toch liegen de specs er niet om. En dat kleine chippie is ook geoptimaliseerd en alleen maar geschikt om te asrc-en. Je computerprocessor is universeel inzetbaar. De asrc-software is ook waarschijnlijk in C geprogrammeerd ipv. assembler.

Er zijn ook rekenintensieve toepassingen die heel snel gedraaid kunnen worden op een nvidia/amd grafische processor. Denk aan het decoderen van een mpeg4-avc videostroom. Puur vanwege optimalisatie.

[voodooless]

Daarnaast is een groot deel van het resampelen nog steeds een analoog proces. De werking van software is dus ook nog eens een keer anders dan die van de hardware chipjes

[knuisje]

Naast extern gebruik van deze dac wil ik ook een versie hebben voor inbouw in een cd-speler. Hiervoor heb ik het receiver, usb en asrc gedeelte weggehaald. Het reclock gedeelte heb ik behouden zodat de door de decoder aangeleverde I2S data wordt dejitterd.
De masterclock levert het kloksignaal apart aan de decoderchip (via de MCLK-OUT pinheader), het reclock-gedeelte en de dac-chip.

Hierachter kan een i/v omzetter naar keuze worden gezet, gebaseerd op bijvoorbeeld de THS4131, OPA861 of een weerstand/gain stage. De eerste 2 heb ik al werkend, de weerstand i/v ben ik nu aan het bouwen. Kan ik straks mooi vergelijken.
Ook is Twisted Pair bezig een mooie discrete i/v te ontwikkelen, deze kan ook aan deze dac worden gehangen.

Eea. ga ik inbouwen in een Philips CD723 speler.

(Het getoonde plaatje is nog een ruwe versie)

[knuisje]

Langzaam maar zeker vorderen de deelontwerpen.
Hier de opamp voeding, gedeeltelijk gebaseerd op het schema van de relaixed en het schema van Timmes.