DAC-MU: DAC Modulare (quasi) Universale

[campedel]

Volendo fare un DAC di alto livello (hi-fi, hi-end, hi-fun, hi-hai) per la meccanica con CD-PRO
(http://www.audiofaidate.org/forum/viewtopic.php?t=3061)
e dopo il successo dei TUU, seguendo laddove possibile la stessa filosofia, pensavo di proporre un progetto di DAC-MU di alte prestazioni e facile (?) configurabilità ...

Deve essere anzitutto una piattaforma di sperimentazione: NOS o filtro digitale, diverse tipologie di I/V, diverse possibilità di ingresso digitale, etc.

Le idee principali (non particolarmente nuove né brillanti) sono riassunte nella figura sotto e in dettaglio subito dopo.


Attachment: DAC-structure.pdf ( 6391bytes )


Il cuore è rappresentato da un circuito stampato di qualità per montare:
- una coppia di DAC mono R-2R tipo TI PCM1704
- un filtro digitale TI DF1706
- un connettore I2S
- un clock a basso jitter (tipo TentLabs) per il filtro digitale e per sostituire eventualmente quello della CD-PRO e ridurre drasticamente tutte le problematiche al jitter legate.

Tra filtro digitale e DAC è prevista la possibilità di montare un isolatore digitale o magnetico per evitare qualunque interferenza tra masse digitali e analogiche (a spese eventualmente del jitter ...).

Su questo primo C.S. può essere montato piggyback e in sostituzione del filtro digitale un altro piccolo C.S. con la logica digitale per realizzare il No-OverSampling, configurabile per gestire stream di bit a lunghezza differente (16-20-24).

Un ulteriore C.S. contiene i circuiti per la conversione I/V, il filtro analogico e il buffer di uscita. Le possibilità di montaggio dovrebbero essere le seguenti:

I/V:
- con opamp tipo OPA627 o similare
- no-feedback con OPA861 (diamond buffer integrato)(configurazione a base comune)

Filtro:
- passivo analogico con max. 7 poli (tipo R-C-L-C-L-C-L-C), in modo da poter avere alta pendenza di attenuazione (ma ritardo di gruppo costante almeno fino ai 15kHz) in caso di NOS (già sperimentato nel semplice DAC NOS con il TDA1543 che avevo al Bottom - vedi:
http://www.audiofaidate.org/forum/viewtopic.php?t=4310);
in caso di filtro digitale ovviamente si monterà un numero minore di celle

Buffer:
- con opamp tipo OPA2132 o similare
- no-feedback (?) con OPA861 (configurazione a emitter follower)
In quest'ultimo caso l'opamp può essere configurato come DC servo per evitare qualunque offset in uscita

Avevo pensato anche di prevedere uno stadio I/V a resistenza e trasformatore step-up con buffer di uscita a JFET o valvole (tipo ad es. la soluzione sperimentata da Andypairo:
http://www.audiofaidate.org/forum/viewtopic.php?t=1516&whichpage=4)
ma, per le dimensioni di quest'ultimo, per la relativa semplicità circuitale e per l'assenza di componenti SMD, questa soluzione può tranquillamente essere realizzata "in aria" o su millefori.

L'ultimo inevitabile C.S. della serie alloggia le possibili interfacce digitali non I2S:
- un chip per l'interfaccia S/PDIF tipo TI DIR9001
- un chip per l'interfaccia USB tipo TI PCM2706
- un chip per Asynchronous Sample Rate Converter tipo AD AD1896 (escludibile)

Le alimentazioni dovrebbero essere compatibili con lo stadio di alimentazione che alimenta la scheda di controllo della meccanica CD-PRO, in modo da poter essere eventualmente alloggiato nello stesso contenitore.
Per quasi tutti gli stadi circuitali è previsto un regolatore di tensione locale a basso rumore (BC550 in emitter follower etc.).

Come solito la metodologia prevede di utilizzare per quanto possibile tool di progettazione "free" o open source (e.g. Kicad per schemi elettrici e layout, LT Spice per simulazioni, etc.)

Allego anche gli schemi elettrici finora prodotti, nell'ottica di ricevere eventuali critiche/suggerimenti (solo niente parolacce, please ..), e sperando che qualcuno possa essere interessato per condividere le future spese di realizzazione dei C.S.


Attachment: DAC-MU_sch.zip ( 106779bytes )

Nel caso potrebbe essere interessante organizzare una sorta di "contest" (quest'inverno?) in cui l'unica variable siano appunto differenti realizzazioni delle parti di cui sopra. Come risultato finale è ammesso anche che alla fine tutte le possibilità suonino uguali ....

Ciao
Francesco

[marziom]

il mio DAC è realizzato parzialmente seguendo la tua filosofia (potremo definirla Dividi et Impera?).
Ho la possibilità o meno di montare un circuito per lo 0-oversamplig o il chip per il sovracampionamento 8x.
La parte IV-analogia poi è allogiata separatamente.
riguardo le scelte:
1) attenzione a suddividere troppo le schede...sopratutto per la parte digitale può essere controproducende, a meno di non curare molto i cablaggi e il controllo delle interferenze/emissioni.
2) controllate l'andamento dell'impedenza che vede il DAC al salire della frequenza.
3) filtro a 7 poli? e ben difficile da mettere a punto sopratutto se lo si centra a 30Khz e si vuole la fase costante (o pseudo tale), hai qualche misura da postare?

marzio

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I want to see a beatiful girl... no 00110010111010011001...

[campedel]

il mio DAC è realizzato parzialmente seguendo la tua filosofia (potremo definirla Dividi et Impera?).
Ho la possibilità o meno di montare un circuito per lo 0-oversamplig o il chip per il sovracampionamento 8x.
La parte IV-analogia poi è allogiata separatamente.
riguardo le scelte:
1) attenzione a suddividere troppo le schede...sopratutto per la parte digitale può essere controproducende, a meno di non curare molto i cablaggi e il controllo delle interferenze/emissioni.
2) controllate l'andamento dell'impedenza che vede il DAC al salire della frequenza.
3) filtro a 7 poli? e ben difficile da mettere a punto sopratutto se lo si centra a 30Khz e si vuole la fase costante (o pseudo tale), hai qualche misura da postare?

marzio

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Originally posted by marziom - 12/06/2008 : 10:54:57

Più che "Divide et Impera" la definirei "Divide et Impàra"

Per la suddivisione delle schede, la parte digitale è già prevista in un'unica scheda, salvo quella eventuale per i ricevitori USB e SPDIF, che avrebbe comunque alimentazioni separate e si interfaccerebbe con la I2S.

Per il filtro a 7 poli, in realtà la fase non è costante, è invece sufficientemente costante il ritardo di gruppo (sufficientemente nel senso che aumenta gradualmente sopra i 3kHz di max 5us); ciò equivale a dire che la fase varia linearmente con la frequenza.

Allego a tal proposito le simulazione Spice; sul prototipo costruito ho verificato in laboratorio con un network analyzer (purtroppo senza uscite stampabili o memorizzabili) che le curve di modulo e fase/ritardo di gruppo coincidono con quelle della simulazione.






Per la messa a punto: i valori su carta sono abbastanza facili da definire, prendendo come riferimento un buon manuale di filtri con e.g. le tabelle normalizzate in funzione della tipologia di filtro da implementare, n. poli, resistenze di ingresso e uscita, etc.

Per la realizazione pratica, gli induttori sono stati realizzati su nuclei in ferrite tipo P 14x8 con vite di regolazione, in tal modo il valore è tarabile con un ponte al valore esatto calcolato. I condensatori utilizzati sono al polistirene con tolleranza 1%.

Ciao
Francesco

[marziom]

se si va sulla strada del sovracampionamento io sposterei il taglio più in alto per rendere costante il ritardo anche sulla parte alta dello spettro.
nel mio dac cosi facendo sono riuscito a tenere il ritardo costante entro 0-1us.

marzio

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[campedel]

se si va sulla strada del sovracampionamento io sposterei il taglio più in alto per rendere costante il ritardo anche sulla parte alta dello spettro.
nel mio dac cosi facendo sono riuscito a tenere il ritardo costante entro 0-1us.




Originally posted by marziom - 12/06/2008 : 15:06:38

Completamente d'accordo. Il fatto di prevedere 7 poli vuol dire che posso, usando il filtro digitale a sovracampionamento, montare meno celle e/o, giocando sui valori LC, aumentare la Ft.

Ciao
Francesco

[superfigone]

stavo dando un occhiata ad alcuni chip di conversione, che ne pensate del cs4397 cirrus?

[campedel]

stavo dando un occhiata ad alcuni chip di conversione, che ne pensate del cs4397 cirrus?


Originally posted by superfigone - 12/06/2008 : 17:11:22

Mai ascoltato.
In generale questo progetto vuole poter escludere la fuzione di sovracampionamento/filtraggio digitale, e purtroppo questa non è escludibile in una larga parte dei DAC ad oggi in produzione (compreso, se non ricordo male, il citato CS4397).

Ciao
Francesco

[superfigone]

vi giro lo schema del dac che sto realizzando, vi faro sapere come suona.

[andypairo]

Ciao,
progettino bello ambizioso direi

Deve essere anzitutto una piattaforma di sperimentazione: NOS o filtro digitale, diverse tipologie di I/V, diverse possibilità di ingresso digitale, etc.

Lodevole, ma occhio a non "allargarti" troppo con le feature, rischi di non completare il progetto

Le idee principali (non particolarmente nuove né brillanti) sono riassunte nella figura sotto e in dettaglio subito dopo.

Il cuore è rappresentato da un circuito stampato di qualità per montare:
- una coppia di DAC mono R-2R tipo TI PCM1704
- un filtro digitale TI DF1706
- un connettore I2S
- un clock a basso jitter (tipo TentLabs) per il filtro digitale e per sostituire eventualmente quello della CD-PRO e ridurre drasticamente tutte le problematiche al jitter legate.

Se vuoi usare un clock per il filtro digitale allora devi usarlo anche per sincronizzare la CD-PRO, a meno che il filtro possa lavorare con ingressi asincroni rispetto al clock.

Tra filtro digitale e DAC è prevista la possibilità di montare un isolatore digitale o magnetico per evitare qualunque interferenza tra masse digitali e analogiche (a spese eventualmente del jitter ...).

Questa non l'ho capita. Il DAC avrà comunque segnali digitali e analogici che possono "interferire"... credo che la separazione delle alimentazioni e soprattutto un buon layout siano più che sufficienti

Su questo primo C.S. può essere montato piggyback e in sostituzione del filtro digitale un altro piccolo C.S. con la logica digitale per realizzare il No-OverSampling, configurabile per gestire stream di bit a lunghezza differente (16-20-24).

Capisco il non oversampling (che poi saranno dei ponticelli... o dei registri per il reclocking sincrono) ma come fai a tirare fuori 20-24 bit dalla CD-pro?

Anche per lo stadio I/V ci sono varie scelte, ma temo che capire quale sia la configurazione ottimale sarà veramente difficile, visto il numero delle variabili in gioco.

La filosofia assomiglia a quella che ho usato per il mio CD723, scelta dei componenti a parte (io uso il TDA1541A, pensavo di adoperare il filtro digitale del player ma adesso lo bypasso, tra un po' provo a montare il PMD100) ed è quella che ritengo più corretta per limitare le problematiche del digitale.

Ciao

Andrea

[campedel]

Deve essere anzitutto una piattaforma di sperimentazione: NOS o filtro digitale, diverse tipologie di I/V, diverse possibilità di ingresso digitale, etc.

Lodevole, ma occhio a non "allargarti" troppo con le feature, rischi di non completare il progetto

Lo schema è già completo di tutte le features (a parte la schedina per il NOS che è in fase di progetto), più che altro temo l'allargamento della superficie del C.S...

Se vuoi usare un clock per il filtro digitale allora devi usarlo anche per sincronizzare la CD-PRO, a meno che il filtro possa lavorare con ingressi asincroni rispetto al clock.

La seconda che hai detto, non è strettamente necessario che i due clock coincidano. Il clock è necessario al filtro digitale, ma è ad una frequenza molto superiore al BCK dell'I2S.
E' poi certo che l'asservimento della meccanica al clock del filtro riduce drasticamente il jitter residuo, ed infatti è previsto proprio questo collegamento (anche se richiede un intervento un po' violento sulla CD-PRO ). In tale ottica la frequenza del clock del filtro digitale è stata scelta (16.934 MHz) come multipla di quella utilizzata dal clock della CD-PRO (8.467 MHZ).

Tra filtro digitale e DAC è prevista la possibilità di montare un isolatore digitale o magnetico per evitare qualunque interferenza tra masse digitali e analogiche (a spese eventualmente del jitter ...).

Questa non l'ho capita. Il DAC avrà comunque segnali digitali e analogici che possono "interferire"... credo che la separazione delle alimentazioni e soprattutto un buon layout siano più che sufficienti

Credo sia esperienza comune (a sua volta derivante dalle leggi fisiche) che le possibili interferenze siano maggiori quanto più elevate sono le frequenze in gioco. In questa ottica il componente che lavora a frequenza maggiore è proprio il filtro digitale, al DAC arriva nel caso peggiore specifico (OS 8x e il clock di cui sopra) una frequenze dimezzata. Inoltre, nel caso specifico, il DAC impiegato non effettua nessuna elaborazione digitale.
L'inserimento di una separazione galvanica tra DAC e filtro può portare qualche beneficio (per quanto limitato e da verificare), a fronte dell'introduzione di qualche ns di skew sui segnali digitali. Il beneficio sarebbe ancora maggiore se si decidesse di fare lavorare il filtro digitale a frequenze ancora maggiori (es. per segnali di ingresso a Fs maggiori).
Peraltro tale configurazione è suggerita dalla stessa TI sul datasheet del DF1706.

Poi certamente per il DAC sono previste alimentazioni separate e cercherò di curare il layout al meglio.

Su questo primo C.S. può essere montato piggyback e in sostituzione del filtro digitale un altro piccolo C.S. con la logica digitale per realizzare il No-OverSampling, configurabile per gestire stream di bit a lunghezza differente (16-20-24).

Capisco il non oversampling (che poi saranno dei ponticelli... o dei registri per il reclocking sincrono) ma come fai a tirare fuori 20-24 bit dalla CD-pro?

Non solo ponticelli, purtroppo c'è bisogno di un minimo di logica per allineare i bit dei due canali (essendo i due DAC monofonici) e ottenere la conversione sincrona.

Dalla CD-PRO escono i 16 bit del CD (anche se in un frame di 24), la predisposizione serve nel caso si usino altre sorgenti digitali (e.g. materiale campionato a 24bit/96kHz proveniente da PC via USB o SPDIF, etc.)

Anche per lo stadio I/V ci sono varie scelte, ma temo che capire quale sia la configurazione ottimale sarà veramente difficile, visto il numero delle variabili in gioco.

Spero che montando le differenti versioni del C.S. di conv. I/V qualcosa si riesca a capire, lasciando inalterata la configurazione a monte.
Vedremo ... nella peggiore delle ipotesi, l'assenza di differenze percepibili è comunque un risultato

La filosofia assomiglia a quella che ho usato per il mio CD723, scelta dei componenti a parte (io uso il TDA1541A, pensavo di adoperare il filtro digitale del player ma adesso lo bypasso, tra un po' provo a montare il PMD100) ed è quella che ritengo più corretta per limitare le problematiche del digitale.

I risultati ti hanno soddisfatto ?

Ciao
Francesco

[marziom]

Credo sia esperienza comune (a sua volta derivante dalle leggi fisiche) che le possibili interferenze siano maggiori quanto più elevate sono le frequenze in gioco. In questa ottica il componente che lavora a frequenza maggiore è proprio il filtro digitale, al DAC arriva nel caso peggiore specifico (OS 8x e il clock di cui sopra) una frequenze dimezzata. Inoltre, nel caso specifico, il DAC impiegato non effettua nessuna elaborazione digitale.
L'inserimento di una separazione galvanica tra DAC e filtro può portare qualche beneficio (per quanto limitato e da verificare), a fronte dell'introduzione di qualche ns di skew sui segnali digitali. Il beneficio sarebbe ancora maggiore se si decidesse di fare lavorare il filtro digitale a frequenze ancora maggiori (es. per segnali di ingresso a Fs maggiori).
Peraltro tale configurazione è suggerita dalla stessa TI sul datasheet del DF1706.

ho più di qualche dubbio...
...rischi di vanificare tutto il lavoro fatto a monte per ridurre il jitter...

Non solo ponticelli, purtroppo c'è bisogno di un minimo di logica per allineare i bit dei due canali (essendo i due DAC monofonici) e ottenere la conversione sincrona.
Dalla CD-PRO escono i 16 bit del CD (anche se in un frame di 24), la predisposizione serve nel caso si usino altre sorgenti digitali (e.g. materiale campionato a 24bit/96kHz proveniente da PC via USB o SPDIF, etc.)

vedi il mio progetto...c'è tutto fatto.

Anche per lo stadio I/V ci sono varie scelte, ma temo che capire quale sia la configurazione ottimale sarà veramente difficile, visto il numero delle variabili in gioco.

sempre nel 3d del mio progetto trovi un utile(spero) disamina di vari schemi....molti dei quali sono stati provati.

marzio


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[campedel]

Credo sia esperienza comune (a sua volta derivante dalle leggi fisiche) che le possibili interferenze siano maggiori quanto più elevate sono le frequenze in gioco. In questa ottica il componente che lavora a frequenza maggiore è proprio il filtro digitale, al DAC arriva nel caso peggiore specifico (OS 8x e il clock di cui sopra) una frequenze dimezzata. Inoltre, nel caso specifico, il DAC impiegato non effettua nessuna elaborazione digitale.
L'inserimento di una separazione galvanica tra DAC e filtro può portare qualche beneficio (per quanto limitato e da verificare), a fronte dell'introduzione di qualche ns di skew sui segnali digitali. Il beneficio sarebbe ancora maggiore se si decidesse di fare lavorare il filtro digitale a frequenze ancora maggiori (es. per segnali di ingresso a Fs maggiori).
Peraltro tale configurazione è suggerita dalla stessa TI sul datasheet del DF1706.

ho più di qualche dubbio...
...rischi di vanificare tutto il lavoro fatto a monte per ridurre il jitter...

Il rischio è senz'altro non trascurabile ... e infatti ho previsto la possibilità di non montare i disaccoppiatori galvanici !

Non solo ponticelli, purtroppo c'è bisogno di un minimo di logica per allineare i bit dei due canali (essendo i due DAC monofonici) e ottenere la conversione sincrona.
Dalla CD-PRO escono i 16 bit del CD (anche se in un frame di 24), la predisposizione serve nel caso si usino altre sorgenti digitali (e.g. materiale campionato a 24bit/96kHz proveniente da PC via USB o SPDIF, etc.)

vedi il mio progetto...c'è tutto fatto.

A questo proposito, non sono riuscito a trovare nei tuoi schemi la parte NOS. E' ottenuta con il filtro NPC ? (non conosco questo componente) ..
Hai notato differenze significative tra OS e NOS? Non mi sembra di averne trovato traccia nel tuo thread (ma posso avere letto anche troppo in fretta ...)

Anche per lo stadio I/V ci sono varie scelte, ma temo che capire quale sia la configurazione ottimale sarà veramente difficile, visto il numero delle variabili in gioco.

sempre nel 3d del mio progetto trovi un utile(spero) disamina di vari schemi....molti dei quali sono stati provati.

Sì, l'avevo letto a suo tempo ... se ricordo bene la soluzione che pareva suonare meglio era quella con opamp National LM4652 ... era così anche al bottom?

Ciao
Francesco

[marziom]

A questo proposito, non sono riuscito a trovare nei tuoi schemi la parte NOS. E' ottenuta con il filtro NPC ? (non conosco questo componente) ..
Hai notato differenze significative tra OS e NOS? Non mi sembra di averne trovato traccia nel tuo thread (ma posso avere letto anche troppo in fretta ...)

IMHO, quasi nessuna differenza, anche riccardo a casa ha assisstito ad una prova con e senza over...piccoli cambiamenti, sfumature.
Ecco la documentazione.

Allegato: dac-sync2.pdf ( 27589bytes )

Sì, l'avevo letto a suo tempo ... se ricordo bene la soluzione che pareva suonare meglio era quella con opamp National LM4652 ... era così anche al bottom?

Si, era cosi al Bottom.
Un altra configurazione che prometteva bene era quella di rbroer, però l'arrivo del bottom e le prestazioni subito interessanti del LM4562 hanno fermato ogni indagine ulteriore sul circuito.
si potrebbe ripartire da li...

marzio


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[mrttg]

LM4962 alcune misure di Self

Saluti Tiziano

[andypairo]

La filosofia assomiglia a quella che ho usato per il mio CD723, scelta dei componenti a parte (io uso il TDA1541A, pensavo di adoperare il filtro digitale del player ma adesso lo bypasso, tra un po' provo a montare il PMD100) ed è quella che ritengo più corretta per limitare le problematiche del digitale.

I risultati ti hanno soddisfatto ?

Ciao
Francesco


Originally posted by campedel - 04/07/2008 :  10:52:52

Io sono rimasto soddisfatto, peraltro il mio CD è andato al Bottom e sia plovati che riccardo me ne hanno parlato piuttosto bene.

Una parentesi per il clock: la sincronizzazione della meccanica è possibile dividendo opportunamente il master clock. Ricloccando i dati con un clock pulito riduci drasticamente le problematiche dovute al jitter.

Ciao

Andrea

[gluca]

E quindi? Che fine ha fatto 'sto dac?

[campedel]

Ho due prototipi in fase di test "Acustico" : uno è montato con il filtro digitale (Oversampling x8) e conversione I/V fatto con Opamp (AD8610, praticamente equivalente a OPA627), l'altro è NOS con conversione I/V fatta con amplificatore a transconduttanza (OPA861).





Appena ho un attimo di tempo (spero nelle vacanze ...!) provo a scrivere qualcosa (schema, impressioni, etc.)...

Ciao
Francesco

[Echo]

Appena ho un attimo di tempo (spero nelle vacanze ...!) provo a scrivere qualcosa (schema, impressioni, etc.)...

Ciao
Francesco

...poi non hai più scritto ne impressioni ne schema

[campedel]

Appena ho un attimo di tempo (spero nelle vacanze ...!) provo a scrivere qualcosa (schema, impressioni, etc.)...

Ciao
Francesco

...poi non hai più scritto ne impressioni ne schema

Già più di un anno, è incredibile come passa il tempo quando ti diverti ....!!

Prometto che prima o poi rimedio ... preferisco non dare altri tempi però !

[mrttg]

Già più di un anno, è incredibile come passa il tempo quando ti diverti ....!!

Prometto che prima o poi rimedio ... preferisco non dare altri tempi però !

Francesco che ne dici se lanciamo un "group buy " se mi mandi i gerber faccio fare un paio di preventivi per i PCB.