DA převodník pro CD
Za devatero horami a ještě více řekami zamyslel se japonec Ryohei Kusunoki v článku nad CD technologií a dospěl k použití 16 bitovému převodníku bez převzorkování a bez digitálního filtru v CD přehrávači. I když už jsem měl povědomí o problémech se stabilitou PLL smyček a oscilátorů v CD přehrávači, myšlenky v uvedeném článku mne překvapily.
Obstaral jsem si 4 ks TDA1543 v provedení DIL8 a bez váhání jsem se pustil do stavby. Návody lze najít na http://www.tnt-audio.com/clinica/convertus3_e.html nebo na http://www.geocities.com/agalavotti/dac.htm z tohoto zapojení jsem vycházel ( obr. 5 ). Bohužel nemám k dispozici kvalitní CD Philips jednotku VAU 1252-10 CD jako Alessandro Gavalotti. Z ní lze získat potřebné dig. signály pro stavěný DA převodník. Samozřejmě je možné využít obvodu Crystal CS8412, který ze signálu S/PDIF( dig. výstup lepšího CD přehrávače ) udělá potřebné signály BCK ( Bit Clock ), WS ( Word Select ) a Data. Nechci jej použít pro jeho vysokou cenu přes tisíc korun a ani myšlenka zbytečného dekódování se mi nelíbí. Naštěstí dig. signály pro TDA1543 lze dostat z některých raději starších CD jednotek ( CD jednotkou myslím CD mechaniku + řídící elektroniku ). Nejdřív ale musíme tyto signály najít. Asi nejlépe to jde v případě stolního CD přehravače, veškerá elektronika je na jedné desce. Snadno vysledujeme zdrojovou část, obvody displaye, řídící obvody pro mechaniku a poblíž výstupních cinch konektorů najdeme DA převodník s filtry. Máme-li štěstí najdeme poblíž DA obvodu konektor, propojky nebo piny s hledanými signály, např. s tímto označení:
Data, SD, Serial = DATA ( ozn.
u TDA1543 ),
BCLK,Clk,Clock = BCK ( ozn. u TDA1543 ),
LRCK,WClk = WS ( ozn. u TDA1543 )
K tomuto účelu jsem rozebral Onkyo CD DX-7011. Zde jsou 2 velice nekvalitní fotografie:
Celkový pohled na desku ( 22kB ) Detail propojek ( 19kB )
Nebo lze použít CD-ROM jednotku, hůř se s ní manipuluje. Musí umět přehrát audio CD bez počítače. Na desce v blízkosti sluchátkového konektoru najdeme DA převodník a něm musíme najít dig. signály:
Pokud nenajdeme popisky signálů, je nutno hledané signály naměřit přímo na DA převodníku. Nejlíp se hledá WS, to je signál se střídou 1:1 o frekvenci 44,1 kHz. Dál najdeme BCK, opět signál se střídou 1:1 o frekvenci od 1,4112 do 2,1168 MHz ( vysvětlím později ). Zbývají nám data - nepravidelný signál. Nejlépe se hledá jednoduchým analyzátorem, logickou sondou je to horší. Frekvence uvedených signálů jsou důležité, protože pokud objevíme WS - 4 x 44,1 = 176,4 kHz je jasné, že se jedná o přehravač s převzorkováním. Musíme se snažit dál, protože nechceme-li poslouchat hodně rychlý "šmoulý punk", nemáme jinou možnost. Poslední šance kde najít trojici dig. signálů, je řídící obvod(y) CD mechaniky. Tam se tyto signály vyskytují, ale je velký problém připájet dráty na velice slabé a husté vývody malých "brouků". Pokud jsme našli dig. signály BCK, WS, DATA s použitelnými frekvencemi, ještě není důvod k radosti: DA převodník TDA1543 vyžaduje komunikaci po sběrnici I2S a akceptuje 16 bitové vzorky.
obr. 1. Průběh signálů TDA1543
S náběžnou hranou BCK se přečte hodnota DATA, tj. hodnota bitu ve vzorku. Je-li WS = "1" platí vzorek pro pravý kanál, je-li WS log. nula bity patří levému kanálu. Bohužel s vyjímkou některých CD přehravačů najdeme většinou následující průběh signálů.
obr. 2. Průběh signálů LRCK,BCLK,DATA v CD přehrávačích
Bitů v jednom vzorku může být až 24. Takový formát dat nezpracuje TDA1543 dobře. Nepatříme-li k těm štastlivcům, kteří mají CD jednotku se signálem I2S, musíme udělat obvod, který nás přebytečných bitů zbaví. Prakticky to znamená, že signál BCK musí zůstat pro počáteční nepotřebné bity v log. nule. Tento triviální úkol lze jednoduše vyřešit pomocí monostabilního klopného obvodu, ale po předchozích špatných zkušenostech s nestabilní délkou pulsu a nespolehlivostí MKO jsem raději použil složitější zapojení. Vzhledem k tomu, že jsem nikde nenašel o jaký formát dat se jedná, předpokládal jsem, že přebytečné jsou prvních 8 bitů a zbylých 16 bitů je hledaný audio vzorek.Po otestování této myšlenky, jsem musel opravit zapojení obvodu pro úpravu signálu BCK tak, že prvních 7 bitů nemohu použít, potom následuje 16 bitů vzorek a zbývá poslední bit, nejspíš parita. Ať je má úvaha špatná nebo dobrá zapojení funguje a testovací CD neodhalilo žádný problém. Ještě taková drobnost, signál WS může mít obrácený průběh, potom je nutné jej invertovat, aby nebyly přehozeny kanály na TDA1543.
obr. 3. Průběh signálů po úpravě
S tímto průběhem signálů je TDA1543 spokojen, naštěstí nesynchronizuje podle BCK, ale nejspíš podle WS a čeká na16 pulsů BCK. I když může být frekvence signálu BCK v různých přehrávačích různá, musí zůstat frekvence WS stejná a to 44,1 kHz. Frekvence BCK je závislá na počtu přenášených bitů, pokud jich je 16 ( ideální stav ) je rovna 44100 x 2 x 16 = 1,4112 MHz, pokud narazíme na přehravač ve kterém se zpracovávají vzorky se 24 bity, je frekvence BCK 44100 x 2 x 24 = 2,1168 MHz.
obr. 4. Schéma obvodu pro úpravu dig. signálu
U1 - U4 obvody HC technologie, lze použít HCT,
LS. Místo 74HC193 lze použít 74HC192
blokovací kond. - např. 10uF/10V tantal
JP1, JP2 - 5 pinů hřebínek ( lišta )
Obr.5 : Plošný spoj obvodu pro úpravu signálu ze strany součástek ( deska 50x50 mm )
Provedení na plošném spoji je hezčí, ale obvod lze bez problémů prodrátovat i na univerzální desce.
R1 - R4 alespoň 10 závitů 0,3CuL na ferit. prstýnku
průměr 8-10 mm, nebo odpor 1 Ohm 0,25W
R6,R7 cívka 1mH
U1-U4 TDA1543 DIL8, Philips
C5-C14 680pF kvalitní kondezátor polypropylen, polyester,
polycarbonát ne keramický !!!
C1-C4 1000 mF / 35V
C 10 nF blokovací kond.- keramika,
připájet s krátkýma nohama přímo na TDA1543, na spodek plošňáku
C15,C16 1 - 10 mF vazební, kvalitní polypropylen, polyester
JP1 4 piny hřebínek ( lišta )
JP4 svorkovnice ARK 210/2
JP2,JP3 cinch, samička do panelu, "pozlacená",
červená a černá
Obr.7 : Pohled na plošný spoj DAC ze strany součástek ( deska 100x60 mm )
Pokud by měl někdo zájem, předlohy pl. spoje v Eaglu udělal Libor Vítek ( http://www.hyperlink.cz/l-soft/ ).
POZOR: Pod U3 je drátová propojka na R5 !!!
Oživení je jednoduché: Budeme-li napájet DA převodník napětím větším než 8 V, není třeba nic nastavovat. Pokud budete chtít experimentovat s napájecím napětím, je nutno změnit odpor R5, aby nedocházelo k limitaci signálu. Obvod TDA1543 je konstruován na napájecí napětí 5 V, maximálně snese 9 V. Důvod, proč jej trápit, je zřejmý po nahlédnutí do parametrů. Právě odstup šumu a zkreslení je potřeba zlepšit zvýšením napájecího napětí až na 8,5 V. Je nutno zachovat opatrnost. Moje 4 kousky vydržely i těch 8,8 V, ale moc to nedoporučuji, protože se již značně hřály. Pokud přesto chcete také napájet převodník 8,8 V, nalepte na jednotlivé převodníky malé chladiče. Zlepšení parametrů, jako např. zkreslení je od napětí 8,3 V minimální. Zdroj napájecího napětí je lepší udělat klasicky např.s FETem než s obligátním LM317, nebo s podepřeným LM7805. Oba dost šumí. Proudový odběr DA převodníku je menší než 250 mA při napájení 8,3 V.
Pokud při přehrávání testovacího signálu (5 vteřin) nebude mít výstup obou kanálů převodníku tento opakující se průběh, není něco v pořádku.
Průběh z
osciloskopu pro srovnání. Signál 1kHz obdélník Čas.
základna 160us/dílek, vert. 1V/dílek
Pro určení zkreslení převodníku, které je asi 0,33 % (pro
max. signál) , jsem vycházel z hodnot 2. a 3. harmonické 440Hz
sinus 0dB.
ZÁVĚR: Jak tedy DA převodník hraje. Mě osobně se zvuk moc líbí. Je takový pravdivý, upřímný, nesvázaný a dravý. Především v živých, autentických a koncertních nahrávkach mně zaujalo podání prostoru, který není uměle hluboký, spíš jsem měl pocit přesnější lokalizace. Ale i studiové CD Roger Waters - Amused To Death hrálo hezky, ten cvrlikající skřivan a štěkající hafan, jsou v podání tohoto převodníku cvrlikající skřivan polní a štěkající hafan bude ovčák. Nejen já, ale i zesilovač s bednami si užil nekomprimované dynamiky, zvlášť v závěru 6. skladby tohoto CD to byla zatěžkávací zkouška jak pro lampáče ( 300B + 6SN7 ), tak pro moje bedny jednorepky. Zesilovač neměl problémy, bednám se to moc nelíbilo. Ve srovnání s přehravačem Denon DCD-735 prohrál Kusunoki pouze na výškách. Na výstupním filtru tohoto převodníku budu muset ještě lehce zapracovat. Celkové náklady se zdrojem odhaduji na 1500,- Kč -, což s přihlédnutí ke zvuku převodníku je neuvěřitelné. ( květen/červen 2001 )
V zápalu nedočkavosti jsem místo tlumivek zapájel do desky odpory. Po výměně za skutečné tlumivky 1mH se reprodukce vyšších kmitočtů uklidnila. Naposlouchal jsem další CDéčka a zvuk DA převodníku se mě líbí čím dál víc. Moje počáteční obavy z toho, že bude znehodnocen nedokonale odfiltrovaným vzorkovacím kmitočtem, byly sice opodstatněné, ale nakonec zbytečné. Na druhou stranu musím přiznat, že výšky hraje tento převodník důrazně až agresivně, v porovnáním se zmíněným DENONem. Není to rušivé, nebo nepříjemné, naopak je to pro mě výhoda, protože používám reprobedny se širokopásmovým reproduktorem, a tam to není na škodu. Zvuk saxofonu na CD "Works" od Jana Garbarka je natolik autentický a surový, až mě z toho lehounce lezl mráz po zádech. Tento převodník dostane z CDéčka skutečně to, co je na něm zaznamenáno. Kvalita převodníku mně přesvědčila pro další experimentování s CD mechanikou, jako opatření proti vibraci a stabilizace otáček, nemluvě o oddělení dig. signálu optočleny. Nebo bych rád zkusil převzorkovat data 1:1 stabilním kmitočtem 44100 Hz. ( červen 2001 )
Nedaří se mě bedýnky a skříňky, prostě "ošacení" zesilovače nebo jiného udělátka. Bohužel s CDéčkem to nedopadlo lépe. Mohu se sice vymlouvat, že vlastně čekám na panel ovládání pro CDROM mechaniku, pak to udělám lépe, ale ...
Na 18mm silnou dřevotřísku jsem přišrouboval desku elektroniky CDROM mechaniky ACER CD-747E, samotný "tratárek" s laserem a pohonem jsem musel připevnit na samostatnou desku provrtanou tak, abych umožnil plochým propojovacím vodičům volný pohyb. Původní kovo-plastový přítlačný mechanismus jsem nahradil asi 15mm vysokým kovovým válečkem, vysoustruženým dle původního. Mohu použít i původní přítlačnou podložku, je velmi lehká, těžší váleček pomáhá stabilizovat otáčky, ale nelze to s jeho váhou také příliš přehánět, jinak dojde narušení vyvážení servo smyček. Vlevo od CD mechaniky je deska zdroje, za ní DA převodník. Vedle napájecího konektoru CDROM je malá deska pro úpravu dig. signálu pro převodník. Zcela vpravo je trafo s "C" jádrem, je nutné jej spolu se stabilizátorem dostatečně dimenzovat, protože když mechanika roztáčí CD médium, je krátkodobá spotřeba na 12V přes 2A. Napájení DA převodníku je samozřejmě zcela samostatné s vlastním malým tráfkem na desce. Aby mechanika začala přehrávat, musíme ji přesvědčit, že původní podávací mechanismus (šuplík) je spolu s médiem zasunutý v mechanice - to dosáhneme trvalým zkratováním příslušného mikrospínače. Občas to mechanika špatně nese a je z toho lehce "zblblá", pomůže reset, t.j. vypnutí a zapnutí napájení s médiem v mechanice.
CDROM jsem rozebral z důvodu odstranění vibrací, ke kterým dochází především na začátku CD, kdy jsou otáčky větší než na konci. Nejsem si ale jistý, jestli se to nějak výrazně zvukově projevilo ve srovnání s předešlým stavem, kdy jsem přišrouboval kompletní CDROM mechaniku přímo na "prkno". ( srpen 2001 )
