Сегодня, когда оцифровывается всё что можно и даже нельзя оцифровать, музыкальный материал всё больше переносится и хранится на цифровых носителях. К сожалению или к счастью акустические системы и наушники пока ещё не умеют воспроизводить непосредственно цифровые данные. Поэтому для качественного воспроизведения музыки необходимы устройства способные с минимальными потерями и ошибками, как можно точнее, преобразовать цифровой сигнал в аналоговую форму. Такие устройства называются цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП).
Они есть внутри практически любого современного аппарата: CD- и DVD-проигрывателей, звуковых карт, MP3-плееров и т.д., где им приходится соседствовать с другими блоками и узлами устройства, что чаще всего негативно сказывается на качестве такого ЦАП. Кроме того, в интегрированном устройстве всегда имеют место компромиссы цены, конструктива, сложности, функционала и т.п.
Поэтому каждый уважающий себя аудиофил должен иметь в составе своей аудиосистемы цифро-аналоговый преобразователь как отдельное устройство, выполненное по всем правилам и с минимумом компромиссных решений. Всё должно быть нацелено на получение максимального качества звуковоспроизведения.
Именно таким требованиям соответствует ЦАП перфекциониста, структурную и принципиальную схему мы рассмотрели в предыдущих частях публикации. Сегодня переходим к практической части — поговорим о конструкции, сборке и измерениях параметров ЦАП.
ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ
Как упоминалось ранее, конструктивно ЦАП перфекциониста собран на 4 печатных платах: первая плата — блок питания с напряжениями ±12В и +5В; вторая плата — приёмник цифрового сигнала и драйвер дисплея; третья плата — цифровой и аналоговый фильтры, непосредственно цифро-аналоговый преобразователь и выходные цепи; четвёртая плата — дисплей, состоящий из двух семисегментных индикаторов и токогасящих резисторов к ним.
Все платы двухсторонние. Размещение элементов на платах показано на рисунке:
Переключатели S1- S4 лучше смонтировать непосредственно на плате. Исключением является переключатель S2. Если предполагается в дальнейшем использовать процессор для управления цифровым фильтром (об этом в следующей части статьи), то этот переключатель лучше смонтировать через качественную 8-ми контактную DIP-панель.
Плата дисплея соединяется с платой цифрового приемника 10-ти жильным кабелем. В плату дисплея кабель запаивается, а с другой стороны устанавливается разъём. Кабель следует сделать минимально возможной длины для уменьшения помех.
Начать сборку лучше с установки микросхемы IC6. Этот крошечный чип в корпусе SSOP-28-контактный имеет расстояние между выводами всего 0,65 мм. Поэтому при пайке следует быть очень внимательным и осторожным. Следите, чтобы не образовывались перемычки между соседними выводами (возможно, потребуется использовать увеличительное стекло), и избегайте перегрева корпуса микросхемы — запаяв 2-3 вывода, делайте перерывы между пайками, давая микросхеме остыть.
Затем на платы устанавливаются микросхемы IC7 и IC8. Они выполнены в стандартном 20-контактном SOIC-корпусе, и паять их легче. Микросхемы ОУ IC9-IC12 лучше установить в качественные DIP-панельки.
Конденсаторы С27-C38 в аналоговой части имеют допуск в 1%, выполнены в квадратном корпусе с расстоянием между выводами 7,1 мм. Если аналогичных у вас не окажется в наличии, можно установить другие плёночные полистирольные или полипропиленовые конденсаторы в круглом корпусе. Емкости конденсаторов следует подобрать как можно точнее, так как большие отклонения могут привести к значительным изменениям частотной и фазовой характеристик фильтра.
Для улучшения разделения каналов на высоких частотах, желательно экранировать левый и правый канал аналогового выходного фильтра друг от друга. Лучше всего это сделать путем размещения небольшого (86 × 13 мм) экрана из жестяной или медной полоски закрепленной от разъёма К6 до конденсатора С18. На рисунке печатной платы выше экран показан пунктирной линией. Экран припаивается к верхнему слою печатной платы. В опытном образце за счет установки экрана разделение каналов улучшилось на 12 дБ при частоте 20 кГц.
Печатные платы в формате PDF забираем здесь (rar-архив 236kb).
КОРПУС
Для придания завершённого вида собранные платы необходимо разместить в корпусе подходящего размера и лучше всего, выполненного из металла. В авторском варианте корпус имел размеры: ширину 435 мм, глубину 230 мм и высоту 44 мм:
Обратите внимание на расположение печатных плат. Оно является оптимальным для подобных конструкций. Если у вас корпус будет других размеров или конфигурации придерживайтесь следующих принципов: ЦАП в одном углу, приемник рядом с ним, блок питания как можно ближе к потребителям, трансформаторы и сетевые фильтры как можно дальше — в противоположном углу корпуса.
На переднюю панель выведены: сетевой выключатель и дисплей, который показывает частоту дискретизации. Можно было бы вывести и светодиод D7, но это будет лишним, так как дисплей сам служит индикатором включения устройства.
Соединения между платами:
• разъём К2 на плате приемника соединён с разъёмом K4 на плате дисплея через 10-жильный плоский шлейф.
• разъём К5 на плате ЦАП соединён с разъёмом К3 на плате приемника через 16-жильный плоский шлейф. По нему же на плату передаётся напряжение питания.
• разъём К12 (+5) на плате блока питания соединён с разъёмом K8 на плате ЦАП с помощью двух проводов.
• разъём К10 (± 12 В) на плате блока питания соединён с разъёмом K9 на плате ЦАП с помощью трех проводов.
…ПРЕЖДЕВРЕМЕННОЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Конечно, описывать звучание ЦАП абстрактными терминами дело неблагодарное. Тем не менее, при тестовом прослушивание подавляющее большинство участников теста отметили у ЦАП перфекциониста более детальное звучание, особенно на высоких частотах, и более точную сцену по сравнению с другими промышленными моделями ЦАП аналогичной ценовой категории.
Технические характеристики ЦАП перфекциониста были приведены в первой части статьи. Ниже представлены результаты измерений.
1. Амплитудно-частотные характеристики выходных аналоговых фильтром с учётом влияния конденсаторов C25 и C26:
2. Коэффициент гармоник плюс шумы. Измерено с помощью тестового компакт-диска (16-битной, 44,1 кГц). Несмотря на небольшой рост, начиная с частоты 3 кГц, искажения остаются всё же очень незначительными и не превышают 0,005% до 20 кГц:
3. График иллюстрирует линейность ЦАП. Измерения проводились тональными посылками частотой 400 Гц, амплитуда которых менялась -110 дБ (дискретизация 16 бит):
4. Разделение каналов. Измерения проводились от частоты 40 Гц, так как ниже не позволила измерительная техника. Даже на частоте 20 кГц (худшее значение) разделение каналов превышает 88 дБ! Измерения были сделаны при установленном экране между элементами выходного аналогового фильтра (см. выше):
5. Спектр выходного сигнала для частоты 1кГц при дискретизации 48 кГц и 24 бита. Обратите внимание, что все гармоники ниже -100 дБ:
Перечень используемых элементов
(без разъёмов, кабелей, предохранителей и прочей «мелочи»):
| Резисторы: | Конденсаторы: | Индуктивности: |
|---|---|---|
| R1 = 75Ω | C1,C2 = 10nF ceramic | L1-L4 = 47 μH |
| R2 = 220Ω | C3 = 68nF | Активные элементы: |
| R3 = 470Ω | C4,C6,C10,C16,C62-C65,C72, | D1 = 1N4001 |
| R4,R50 = 4Ω7 | C73,C83 = 10μF 63V radial | D2,D3 = 1N4148 |
| R5 = сборка 4х10кОм | C5,C7 = 47nF ceramic | D4,D5,D6 = 5V6 1W3 стабилитроны |
| R6 = 10kΩ | C8,C9,C11,C12,C15,C17,C46-C53, | D7 = красный светодиод |
| R7-R10 = 22Ω | C59,C60,C61,C66,C67,C70,C71, | LD1,LD2 = HDN1075O (Siemens) |
| R11-R24 = 820Ω | C74,C75,C82,C84 = 100nF ceramic | T1,T2 = BC517 |
| R25,R26 = 2kΩ49 1% | C13,C14,C23,C24,C44,C45, | IC1 = CS8414-CS (Crystal) |
| R27,R30,R33,R36 = 3kΩ57 1% | C54 = 47μF 25V radial | IC2 = TORX173 (Toshiba) |
| R28,R34 = 4kΩ12 1% | C18-C21,C39-C42 = 4μF7 63V radial | IC3 = 6.144MHz SG531P (Seiko Epson) |
| R29,R35 = 3kΩ92 1% | C22,C43,C58,C68,C69 = 100μF 25V | |
| R31,R37 = 3kΩ65 1% | C25,C26 = 47pF axial | IC4 = 74HCT32 |
| R32,R38 = 3kΩ32 1% | C27,C33 = 2nF2 1% | IC5 = GAL22V10B-25LP |
| R39,R41,R45,R49 = 1MΩ | C28,C34 = 4nF7 1% | IC6 = DF1704E (Burr-Brown) |
| R40,R42 = 100Ω | C29,C35 = 330pF 1% | IC7,IC8 = PCM1704U (Burr-Brown) |
| R43,R44,R47,R48 = 150kΩ | C30,C36 = 1nF 1% | IC9…IC12 = OPA627AP (Burr-Brown) |
| R46 = 10Ω | C31,C37 = 1nF5 1% | IC13 = LM317 (TO220) |
| R51,R53 = 249Ω 1% | C32,C38 = 270pF 1% | IC14 = LM337 (TO220) |
| R52,R54 = 750Ω 1% | C55 = 220μF 25V radial | IC15 = 7812 |
| R55,R56 = 3Ω3 | C56 = 1μF 63V radial | IC16 = 7912 |
| R57 = 3kΩ9 | C57 = 470μF 25V radial | IC17 = 7805 |
| R58 = 1Ω5 | C76,C77 = 1000μF 40V radial | Трансформаторы: |
| C78-C81,C86-C89 = 22nF ceramic | ~220В — ~2х15В | |
| C85 = 1000μF 25V radial | ~220В — ~2х9В |
Продолжение следует…
Статья подготовлена по материалам журнала «Электор»,
вольный перевод Главного редактора «РадиоГазеты».