Встала передо мной задача сделать по возможности простую и компактную звуковую USB карту. Мой выбор пал на микросхему PCM2900. Она все умеет, что мне необходимо, да и потом как-то я с ней уже сталкивался. Выходной усилитель я построил на LM386.

Итак, все схемы начерчены, плата разведена. Приступим к сборке.

Распечатываем из проекта нижнюю сторону платы на глянцевой бумаге. Необходимо заранее подготовить лист фольгированного текстолита и зачистить мелкой наждачной бумагой, чтобы убрать все мелкие царапины и загрязнения а затем обезжирить. Распечатанный листок прикладываем рисунком к текстолиту. Во избежание случайного сдвига рисунка необходимо закрепить его например наклейкой.

Далее переводим рисунок на текстолит используя . Описывать метод полностью не вижу смысла, информации и на этом сайте более чем достаточно. После травления просверливаю все необходимые переходные и технологические отверстия согласно проекту.

Вытравливал я только нижнюю сторону. Верхнюю полностью закрыл от раствора скотчем. Так как дорожек у меня на верхней стороне не много, я решил их выполнить навесными проводками. Во избежание замыкания ножек выводных элементов и проводов на верхнем слое с заливкой, сверлом большого диаметра убираем медь вокруг каждого переходного отверстия.

Соединяем дорожками все отверстия согласно чертежу

Затем после промывки платы спиртом приступаем к монтажу всех элементов на нижнем слое платы и еще раз промываем. Не лишним будет использование ультразвуковой ванны для этих целей, правда не у всех есть возможность.

Затем все элементы на верхнем слое

После этого еще раз все промыть и проверить на возможные ошибки. Ну а теперь и первое включение. В микросхеме PCM2900 уже встроены драйвера для WINDOWS. При подключении к компьютеру в системе данное устройство в качестве устройства воспроизведения и устройства записи определяется как USB Audio CODEC.

Затем подготавливается корпус, выпиливаются и просверливаются все необходимые отверстия и плата устанавливается в корпус.

Никаких надписей на корпусе я правда не делал, что не очень удобно, но можно привыкнуть.по поводу качества звучания конкретных цифр сказать не могу. Ничего не замерял и даже не знаю как. Но на слух не плохо, чуть лучше чем встроенная звуковая карта. Я думаю можно было и лучшего добиться, если использовать вместо выходных LM386 хорошие ОУ. Но я попробовал сделать из того, что было у меня.

У меня были изменения в плате которые я делал уже после изготовления - я уменьшил коэффициент усиления выходных микросхем с 200 до 20. И все равно оказалось многовато. Благо для таких изменений понадобилось всего лишь выпаять конденсаторы C25 и С26.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
U1	Операционный усилитель		1			В блокнот
U2	Микросхема	PCM2900	1			В блокнот
U3, U4	Аудио усилитель	LM386	2			В блокнот
Q1	Транзистор		1			В блокнот
D1	Светодиод		1			В блокнот
С1, С8, С13, С20, С23, С24, С27, С28	Конденсатор	0.1 мкФ	8			В блокнот
С2, С11, С12, С25, С26	Конденсатор	10 мкФ	5			В блокнот
С3, С4	Конденсатор	1800 пФ	2			В блокнот
С5, С6	Конденсатор	330 пФ	2			В блокнот
С7		100 мкФ	1			В блокнот
С9, С10, С14-С19	Конденсатор	1 мкФ	8			В блокнот
С21, С22	Конденсатор		2			В блокнот
С29, С30	Конденсатор	0.05 мкФ	2			В блокнот
С31, С32	Электролитический конденсатор	220 мкФ	2			В блокнот
R1, R2, R6, R7	Резистор	12 кОм	4			В блокнот
R3, R4	Резистор	3.9 кОм	2			В блокнот
R5, R13	Резистор	0 Ом	2			В блокнот
R8, R9	Резистор	100 Ом	2			В блокнот
R10, R16	Резистор	1.5 кОм	2			В блокнот
R11, R12	Резистор	22 Ом	2			В блокнот
R14	Резистор	33 кОм	1

Главное в нашем деле - взять верный старт! Я не обязан заботиться о выстраивании линейки продуктов от дешёвого ширпотреба до самого что ни на есть high-end"а. Поэтому могу позволить себе сразу выбрать понравившийся чип цифро-аналогового преобразователя и строить дизайн вокруг него. Итак, за основу был взят "мистический ЦАП" как его называют в Сети. Я не буду делать из маленькой микросхемы большого секрета, но давайте всё же для начала сохраним интригу.

Построить хороший ЦАП для себя любимого я собирался ещё с прошлого столетия, но как-то всё руки не доходили и более приоритетные задачи брали верх. И вот тут-то мне на радость появился заказчик, с одной стороны способный оценить хороший звук, с другой же стороны - согласный мириться с некоторым уровнем "самодельщины" в законченном устройстве. Естественно я приложу все усилия, чтобы мои клиенты остались довольны своим выбором. Что теряют мои "pre-production" изделия по сравнению с серийными аппаратами раскрученных брендов - так это:

1. часть монтажа выполнена паутинкой на "слепышах", а не на печати, что положительно отражается на качестве звука, но, увы, не будет доступно в серийных образцах;
2. я не экономлю на мелочах типа сетевого фильтра или шунтирующих ёмкостей, в чём, кстати, не раз доводилось уличать всеми признанные авторитеты;
3. "брэнд" мой ещё не слишком широко известен в узких кругах 🙂

На старт, внимание...

С чего начать? Правильно, лучше всего с готового устройства, пусть даже и простенького, но содержащего ключевые компоненты. В Китае за US$ 50 был приобретён неплохой в общем-то набор для самостоятельной сборки ЦАП. Как я уже , китайский экономический гений не отличается особыми техническими талантами, так что всё в том наборе было по-минимуму, в точности по datasheet"ам. Разве что питание создатели набора выстроили, как им казалось, прямо-таки очень качественное: навтыкали "КРЕНок" гирляндами. Зато к наборам прилагались весьма сообразные R-core трансформаторы.

На данном этапе не стояла задача как-то особо управлять цифровым приёмником или ЦАП"ом, поэтому жёстко зашитая минималистская цепочка S/PDIF->I2S->DAC меня вполне устроила.

Сознательно не стремился найти ЦАП с USB входом. Причина простая: компьютер фонит очень сильно и пускать весь этот мусор в аудио-аппарат нету никакого желания. Конечно, есть методы, но мне до сих пор так и не попалось ни одного ЦАП с грамотной развязкой USB входа (аппараты за 1К зелёных и выше, а так же изделия российских аудио-"левшей" не в счёт).

Считаю необходимым отметить, что несмотря на все мои придирки к схемотехнике и т.п., качество исполнения печатной платы просто отличное!

Берём контроль над ситуацией в свои руки

В документации на ЦАП в одном месте написано, что ножку аналогового питания надо зашунтировать электролитом в 10мкФ и керамикой 0.1мкФ. На схеме нога 18 именно так и зашунтирована.

Чуть дальше в том же документе сказано, что вход на ножке 17 желательно зашунтировать электролитом в 10мкФ и керамикой 0.1мкФ. Разработчик поступил в полном соответствии, исполнительный товарищ, просто молодец!

Ещё в одном месте документации сказано, что 17 ногу можно завести прямиком на аналоговое питание. Что и видим на схеме 🙂

Что самое забавное, не только в схеме, но и на печатной плате всё так и разведено: с двумя электролитами и двумя конденсаторами по 0.1мкФ, с коротышом прямо между 17 и 18 ногами чипа (дорожка к конденсаторам от 17 ноги уходит под корпус микросхемы):

Всё пришло именно таким вот грязненьким с завода. Как я это отмывал - отдельная история 🙂

Для особо любопытных: шаг ножек корпуса микросхемы - 0.65мм.

У друга моего Вадича-Борисыча попалась мне как-то ВКонтакте шикарная картинка: "сопротивление бесполезно ". Вот, навеяло, оно тут так же бесполезно, как дублированные шунтирующие конденсаторы на схемке выше, перерисовал "схему" специально для Вас:

Мне же необходимо было управлять тем, что происходит на 17-й ножке. Пришлось резать по живому. Хорошо ещё не под чипом завели перемычку - перспектива отпаивать одну ножку SSOP корпуса как-то не радует.

Посредственность - за борт

Какой цифро-аналоговый преобразователь обходится без операционных усилителей?

Правильно, только качественный ЦАП . Так что скромный фильтр на NE5532 я просто не стал напаивать. Может и стоило, чтобы было что послушать для сравнения и удостовериться, насколько неубедительно играют глубокие петлевые ООС... Но у меня уже есть CD-проигрыватель от маститого производителя, который очень старательно отыгрывает весьма посредственный звук ОУ, хоть и спрятанных за звучным названием HDAM и упаяных в экранчики. Да и других подобных "образцов" достаточно.

Учиться, учиться, и... думать!

Пожалуй на всех без исключения ЦАП от производителей из "поднебесной" наблюдаю одни и те же паровозы из "КРЕНок" (фото справа не моё, выловлено в Сети). Включая веером последовательные стабилизаторы напряжения разработчики, очевидно, пытаются добиться лучшей развязки по питанию и уменьшения проникновения помех из цифровой части в аналоговую. К сожалению, в массах отсутствует то, что я называю "токовым мышлением" в схемотехнике. На самом-то деле всё просто и... немножко грустно.

Посмотрите на какую-нибудь LM317 со стороны выхода. Наверняка найдёте 10мкФ электролит и ещё немного мелких емкостей. Теперь давайте прикинем постоянную времени в этой цепи: достаточно заглянуть в datasheet и убедиться, что выходное сопротивление "кренки" весьма невелико, чего и добивались разработчики интегрального стабилизатора. Точно считать, честно признаюсь, сейчас лень, но помехи с частотами скажем от 100КГц и ниже кренка "видит" прямо на своём выходе, сиречь управляющем электроде и, как её и спроектировали - передаёт эти пульсации "наверх по команде", старательно пытаясь удержать напряжение на своём выходе.

Колебания тока попадают на выход более высоковольтного стабилизатора. Следуя той же логике всё ещё достаточно высокочастотные изменения тока практически беспрепятственно гуляют по всей цепочке стабилизаторов. И свистят и шумят на всё окружение.

Единственное рациональное зерно в применении двух линейных стабилизаторов подряд я вижу лишь в том, что маленькие точные стабилизаторы обычно не переносят высоких входных напряжений, а наборы для само-сборки ЦАП"ов часто попадают в руки паяльщиков-такелажников, которые нередко даже не утруждаются заглянуть в доки на применённые компоненты. И наборы те по-прежнему должны работать...

Распространение достаточно высокочастотных помех легко предотвратить добавив в схему... обыкновенных резисторов. Простые RC фильтры по входу линейных стабилизаторов обеспечат прекрасную развязку ВЧ пульсаций в обе стороны, резко сократив "расстояние" по схеме, докуда доберутся броски тока (включая и "земляной" провод!)

Так что питание претерпело серьёзные изменения на плате. Увы, не обошлось без пары перерезанных дорожек и навесного монтажа.

Иногда маленький резистор много эффективней, нежели большой конденсатор:

Относимся с уважением к наследию предков

Вместо тупого моста ставим супер-быстрые диоды в выпрямитель, что ощутимо снижает "удары" тока в моменты запирания диодов. Этот приём достаточно популярен и вполне осмыслен, так что воспользуемся им и мы:

Кстати, именно непонимание того, как развязать линейные стабилизаторы по ВЧ и приводит дотошных разработчиков к тому, что на каждый блок схемы начинают ставить отдельный трансформатор. Другое весьма популярное, но тоже затратное решение проблемы последовательных стабилизаторов: использование связок источник тока - параллельный стабилизатор. В данном случае с развязкой всё в порядке, только вот мощности рассеивать приходится с немалым запасом.

Не будем требовать слишком много от "кита"

Для описания серии экспериментов с различными стабилизаторами нужна отдельная статья. Здесь лишь отмечу, что к чести разработчиков из Поднебесной, выбранный ими LDO стабилизатор lm1117, возможно, наилучший вариант из серийно выпускаемых и относительно доступных интегральных стабилизаторов. Всякие 78ХУ, LM317 и иже с ними просто отдыхают из-за несообразно большого выходного импеданса (мерял на 100КГц). Увы, в ту же корзину пошли и прецизионные LP2951. Чуть лучше ведёт себя TL431 в схеме шунтирующего стабилизатора, но там своя история: TL431 бывают очень разные, в зависимости от того, кто их делал. 1117 выигрывает с большим опережением. Увы, он же оказывается и самым шумным стабилизатором. Урчит, пищит и с нагрузкой и без.

Пришлось собирать стабилизатор самому, на дискретных компонентах. Всего из двух скромных транзисторов, следуя идеологии HotFET, удалось "выжать" всё то, что в интегральном исполнении требует десятков транзисторов и всё одно не дотягивает. Конечно, для обеспечения работы "сладкой парочки" потребовалось ещё несколько активных компонентов... но это опять уже совсем другая история.

Интересный результат макросъёмки: невооружённым глазом не заметил, что плата не до конца отмылась от флюса .

Полимеры правят балом

Последней доработкой, направленной на достижение наиболее верной передачи звука, стало "выглаживание" питания.

В критических местах были заменены обычные (пусть и неплохие ChemiCon) алюминиевые электролиты из набора - на твердотельные алюминиевые Sanyo OS-CON. Поскольку собирал два одинаковых набора в параллель, была возможность устроить "А/Б" тестирование. Разница на грани слышимости, но она есть! Без сигнала с обычными электролитами, на (очень) большом усилении, в наушниках присутствовало некое "шумовое пространство". Полимерные электролиты переносят нас в абсолют.

Sanyo OS-CON - фиолетовые бочонки без надпила на крышке.

Не хочешь думать головой - работай руками

Практически на всех платах и наборах ЦАП с применением цифрового приёмника CS8416 китайцы ставят тумблер, чтобы пользователь мог выбрать между оптическим и медным входом S/PDIF (фото справа - типичный пример, выловленный в Сети). Так вот: не нужен там переключатель, микросхема приёмника вполне может слушать два входа безо всякой помощи извне, будь то грубый тумблер или мудрый микроконтроллер.

Делюсь с Вами трюком, подсмотренным на демо-плате от самих Cristal Semiconductor. Достаточно подключить к примеру медный S/PDIF к RXN, а выход оптического TOSLINK приёмника - к RXP0.

Надеюсь, не надо объяснять, как такое работает? 😉

Даже в референтном дизайне фирмачи напахали, забыли-таки шунтирующий конденсатор в питании TORX 🙁

Экономия или безграмотность?

Очень полезно бывает почитать документацию производителей, особенно тех, что делают те самые микросхемки, на которые потом молются аудиофилы. Раскрываю самый секретный секрет: reference design board, evaluation board и тому подобные "пробнички" от производителей обычно содержат в себе примеры грамотного применения тех самых микросхем. Причём покупать все эти платы совсем не обязательно, да и ценники на такие "образцы" бывают самые разные: и 50, и 400, и за тысячу зелёных могут перевалить. Но, дорогие мои разработчики, документация на все эти платы выложена в открытом доступе! Ладно, хорош поучать.

Итак, чего недочитали китайцы, или на чём они сэкономили: скромные шунтирующие керамические конденсаторчики в 1000пФ в параллель к 10мкФ и 0.1мкФ. Казалось бы - зачем, ведь такими емкостями мы шунтируем частоты от десятков мегагерц и выше. Аудио-диапазон принято считать до 20кГц, ну до сотни кГц. Но цифровую-то часть в цифро-аналоговом преобразователе никто не отменял. Так вот именно помехи на десятках мегагерц беспрепятственно гуляют по недорогим самостройным ЦАП"ам, заставляя дрожать в страхе все PLL и создавая тем самым идеальные условия для возникновения наводящего ужас ДЖИТТЕРА.

Ещё один популярный способ сэкономить на спичках

Подавляющее большинство производителей как источников цифрового аудио-сигнала, так и цифро-аналоговых преобразователей экономят 30...50 центов на каждом устройстве. Расплачиваемся за это мы, пользователи. Подробности читать .

Какой high-end без ламп?

Веселят меня полчища tube-DAC и tube-headphone-amplifier"s в ценовом диапазоне от полутора сотен до сотен долларов, наводнившие рынок в последнее время. Видать нравится народу, как шипит и искажает лампочка при 15...24 вольт анодного. Впрочем, разбор всех болячек подобных ЦАП"ов и псевдо-ламповых усилителей для наушников - тема для отдельной статьи, да не одной.

(фото справа для примера, у меня такого лампоцапа нет)

Богатая тема. Я тут лишь по верхам пробежался, аналоговую часть вообще не затронул. А уж как интересно бывает развести правильно "землю" или организовать простое и при том удобное управление аппаратом. И чего стоят одни аттенюаторы - их ведь можно выбирать разного сопротивления, строить по разным топологиям, включать в разных частях тракта. Согласование источников с нагрузкой - очень, очень интересный, знаете ли, вопрос!... Но на сегодня пора мне уже закругляться.

BOM, или Bill of Materials

Конечно, пятьюдесятью долларами дело не ограничивается. Керамические конденсаторы из набора были заменены плёнкой. Диоды Шоттки, качественные электролиты, да много ещё чего пришлось добавить, не говоря уже о корпусе. Ну и, конечно, мой усилитель HotFET: всего 2 (два) каскада усиления от выхода ЦАП до наушников или выхода на усилитель. Ни много ни мало, а только в самом усилителе 32 транзистора насчитал в стерео варианте. Да транзисторы все - JFET"ы да depletion MOSFET"ы. Никак в полтинник зелёных не укладываюсь даже по комплектующим 🙂 Причём заметьте, это безо всякой аудиофильской эзотерики. Ну да на этот счёт у меня тоже есть своё мнение. Ведь есть же люди, считающие, что поставив "правильные" компоненты - любую схему можно заставить звучать. Если Вы, дорогой читатель, из их рядов - научите, я прислушаюсь, поспорю, отслушаю и расскажу всем о своих опытах прямо на этом сайте.

Так где же обещанная халява???

Друзья, эта статья - просто размышления, заметки на полях, была написана по горячим следам переделки китайскоЦАПа. Сам я больше в такую авантюру ни за что не ввяжусь: хоть и получилось неплохо, но обошлось слишком дорого по времени и по затраченным усилиям. И никому не советую. Когда разбирался с тем набором - яд просто сочился, что и отразилось в статье 🙂 Прошу прощения за слегка надменный стиль изложения, и ежели не оправдал ваши ожидания и не предложил раздачу почти бесплатных хайендных цапов населению 😉

Если же Вам было интересно - дайте знать, пожалуйста. Материала в закромах ещё много, а вот силы, мотивацию публиковать да оформлять всё это дают в основном отзывы, комментарии моих читателей.

Схема Звуковой карты изображена на рисунке 1

Рисунок 1 – Схема Звуковой карты

Звуковой сигнал с микрофона или плеера подается на один из входов звуковой карты. Это аналоговый сигнал. Он поступает на входной микшер, который служит для смешивания сигналов, если их поступает на вход несколько. Затем сигнал с входного микшера поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), с помощью которого происходит оцифровка аналогового сигнала, т.е. преобразование его в дискретный двоичный сигнал.

Потом цифровые данные поступают в сердце звуковой платы - процессор (DSP - Digital Signal Processor). Этот процессор управляет обменом данными с компьютером через шину PCI материнской платы.

Когда центральный процессор компьютера выполняет программу записи звука, то цифровые данные поступают через шину PCI либо прямо на жесткий диск, либо в оперативную память компьютера. Присвоив этим данным имя, мы получим звуковой файл.

При воспроизведении этого звукового файла данные с жесткого диска через шину PCI поступают в сигнальный процессор звуковой платы, который направляет их на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Цифро-аналоговый преобразователь преобразует двоичный сигнал в аналоговый. Электрический сигнал, получившийся в результате преобразования, поступает на выходной микшер . Этот микшер идентичен входному и управляется при помощи той же самой программы. Сигнал с выходного микшера поступает на линейный выход звуковой карты и выход на звуковые колонки, подключив к которому колонки или наушники мы слышим звук.

На любой универсальной мультимедийной звуковой карте есть встроенный синтезатор - устройство, которое синтезирует звуки заданных частот и тембров. Он используется также для управления работой электромузыкальных инструментов на основе стандарта MIDI (например синтезатор) .

MIDI стандарт(stands) для Цифрового Интерфейса Музыкальных Инструментов (Musical Instrument Digital Interface), - это стандартный протокол оборудования и программного обеспечения для возможности соединения (обмена информацией) музыкальных инструментов друг с другом. События посылаемые сквозь шину MIDI могут также сохранятся в MIDI-файлах для последующего редактирования и проигрывания.

Чтобы использовать его в качестве музыкального инструмента к MIDI-порту подключают MIDI-клавиатуру , либо автономный синтезатор, который может служить в качестве клавиатуры.

Таким образом, основные выполняемые функции звуковой карты состоят в следующем:

• преобразовывать звуковые сигналы (аналоговые сигналы), поступающие с микрофона, магнитофона и других внешних аудиоустройств в цифровую форму, что необходимо для дальнейшей обработки в компьютере;
• преобразовывать цифровые сигналы, сформированные в компьютере, в аналоговые сигналы, пригодные для воспроизведения в акустических системах;
• подвергать сигналы обработке: выделять или подавлять в сигнале те или иные частоты, создавать эффекты гулкого помещения, многократного эха (реверберация), размножения источников звука (хорус) и другие;
• синтезировать музыкальные звуки, характерные для традиционных музыкальных инструментов, и звуки инструментов, которым в природе аналогов нет;
• синтезировать человеческий голос и, вообще, произвольно заданные звуки: поезда, выстрела, дождя и т.д.;
• обеспечивать двухканальный (стерео) режим, регулировку уровня громкости по каждому из каналов в отдельности;
• обеспечивать микширование (смешивание) сигналов от нескольких источников;
• обеспечивать возможность подключения других звуковых карт, музыкальных синтезаторов, микшеров и т.п. посредством специального стандартного соединения (интерфейса MIDI).

Как оказалось, сделать внешнюю USB звуковую карту несложно и недорого. В этой статье расскажу как ее делал я.

Предыстория:

Пару лет назад в интернете на одном из форумов мне на глаза попалась тема про аудио ЦАПы. Я очень сильно загорелся идеей спаять аудиокарту(!) и с большим интересом начал читать описания различных конструкций. От их повторения меня отталкивали сложные (я не представлял, откуда буду вытаскивать «квадратную шину» I2C на компьютере или где взять S/PDIF) схемы и дорогие (это было самым веским аргументом) компоненты. Материала по данной тематике на русском языке и сейчас очень мало…

Через пару месяцев я нашел простую конструкцию на чипе PCM2702 и, самое главное, с подключением к компьютеру по USB. Я не испугался SSOP корпуса микросхемы, но испугался цены — более 500 рублей за штуку. Также я боялся испортить такую дорогую микросхему своей неопытностью (перегрев, статика… мало ли?). Стал искать другие решения. И наткнулся на конструкцию на PCM2705. Это тоже USB-кодек, но с более низкими характеристиками, по сравнению с PCM2702-й.

Микросхему нашел в толкучке на одном из форумов. Заказал себе и другу по одной. Не помню точно по какой цене, но не более 150р за штуку.

Схему повторил почти один-в-один с первоисточником. А у него там почти чистый даташит.

Плата:

Сделал свой вариант печатной платы. Лазерно-утюжную технологию я тогда уже освоил.

Первый запуск:

Запаял (думал не смогу запаять пятимиллиметровым жалом, но спасибо DI-HALT"у за идею с микроволной).

Дрожащими руками подключил к компьютеру… ОС обнаружила новое устройство. Установила драйвера. Подключил наушники — поёт! Да и притом ничуть не хуже, чем встроенная в ноут звуковуха. А даже лучше! По крайней мере, я услышал разницу на НЧ. На ВЧ не заметил. Но и наушники у меня не лучшего качества.

Другу тоже спаял, подключил и… не работает. Менял конденсаторы в обвязке кварца — не помогло, поменял сам кварц — заработало!

Пользуешься?

Пользуюсь. Иногда включаю его, когда хочется более качественного звука. Включал бы почаще, но неудобно пользоваться им — корпус так и не сделал, ноут туда-сюда таскаю…

Модернизация:

Если применить внешний блок питания с малошумящими стабилизаторами, звучание станет лучше, т.к. питание на шине USB содержит в себе очень много различных помех. Также можно поэкспериментировать с резисторами R7, R8 — поставить меньше и увеличить конденсаторы C12, C13 — улучшится передача низких частот.

Еще можно было вывести S/PDIF, но мне некуда было приткнуть дорожку на печатной плате, да и не нужен он был мне тогда. А так, на 5-ом выводе микросхемы он находится.

Двухсторонняя, грамотно спроектированная печатная плата была бы не во вред данной конструкции. Так как под «землю» будет отведен целый слой меди — это сократит пути возвратного тока и уменьшит уровень помех. На данный момент, если рядом с этим ЦАПом лежит мобильник и принимает входящий вызов или сообщение, то в наушниках хорошо слышны всем знакомые «ты-ты-ты-ты… ты-ты-ты-ты… ты-ы-ы-ы-ы.....».

Не могу найти PCM2705...

Аналогами PCM2705 является линейка PCM2704-2707. Кратко о них:
PCM2704: 28-Pin SSOP, Headphone and S/PDIF Output, External ROM Interface
PCM2705: 28-Pin SSOP, Headphone and S/PDIF Output, Serial Programming Interface
PCM2706: 32-Pin TQFP, Headphone and S/PDIF Output, I2S Interface, External ROM Interface
PCM2707: 32-Pin TQFP, Headphone and S/PDIF Output, I2S Interface, Serial Programming Interface

Можно использовать любую из них, по качеству они одинаковы.
Даташит прилагаю в архиве вместе со схемой и платой (открывать в Sprint Layout 5).

Этот цикл статей будет посвящен сборке в домашних условия внешней USB звуковой карты для ПК.
Итак, думаю не я один использую персональный компутер как источник аудио сигнала. Но, вот качество воспроизведения встроенных, да и не только, звуковых карт не совсем радует слух. Да и рынок звуковых карт не впечатляет либо качеством, либо ценой за качество. Было решено делать самому. Начались поиски схемного решения. Выбор пал на кодеки серии PCM29**.
В самодельной звуковой карте хотелось так же, чтобы были аналоговые входы - мож чего записать захочется. Выбор свой я все таки остановил на микросхеме PCM2902 - 16-ти битном дельта - сигма АЦП-ЦАП. Вот даташит на этого «зверька» - PCM2902 .
Итак, рассмотрим что же можно получить от этой микросхемы! Как оказалось, довольно много!
Приступим!
Основные технические характеристики
Характеристики при VBUS= 4.84 V, VCCCI = 3.5 V:
ЦАП
Частота дискретизации - 32, 44.1, 48 KHz
Потребляемый ток - 90 мA
Номинальное выходное напряжение - (0 dB) 1,1В RMS
Верхний предел диапазона - (-3 dB) 22.7 kHz (fs = 48 kHz)
Частота среза пост-фильтра - 28 kHz
Выходное сопротивление – 100 Ом
Отношение сигнал/шум > 95 dBA
КНИ + шум - (1 kHz) 0.005% (B = 22 kHz)
Разделение каналов > 99 dB (1 kHz), при > 76 dB (20 kHz)
АЦП
Частота дискретизации - 8, 11.025, 16, 22.05, 32, 44.1, 48 kHz
Уровень входного сигнала - 2,1В
Входное сопротивление - 10 кОм
КНИ + шум - (1 kHz, -0,5 dBFS) 0.01% (B = 22 kHz)
Разделение каналов > 73 dB (1 kHz), при > 47 dB (20 kHz)
Да, параметры довольно неплохи. Этот кодек кроме аналогового входа и выхода имеет на борту так же цифровой S/PDIF вход-выход. Полная поддержка USB 1.1 спецификации. Работает в полно - дуплексном режиме.
Вот блок-схема PCM2902:

Вот основная схема включения из даташита.


Вот назначение выводов:


Дальше был поиск в сети информации о применении данной микросхемы. Пересмотрев кучу забугорных сайтов, начитавшись форумов, была немного модернизирована схема включения, а именно:
1. Сразу было решено избавиться от питания по USB. Так как если питать устройство от USB порта, то можно натянуть много «цифрового мусора», который гуляет по шинам питания ПК. Для обеспечения наилучшего качества аналого-цифрового конвертирования рекомендуется питать пин VCCCI от отдельного стабилизатора с выходным напряжением 3,3В.
2. В земляную цепь этого стабилизатора необходимо включить диод, который поднимает напряжение на выходе стабилизатора до 3,5В, что минимизирует искажения АЦП.
3. Необходимо разделить цифровую и аналоговую «землю» - это тоже уменьшает количество помех, попадающих от ПК.
4. Отказался от S/PDIF входа-выхода - они мне просто не нужны.
5. PCM2902 имеет интересный собственный контроль за уровнем громкости HID (Human Interface Device), кнопками, которые подключены к входам HID0, HID1, HID2 можно, соответственно, управлять режимами ТИХО, ГРОМКОСТЬ + и ГРОМКОСТЬ –, что исключает необходимость двигать ползунки в микшере на ПК. Мне это тоже не нужно было, я их выкинул, все равно планирую собирать регулятор громкости, который бы предусматривал возможность регулировки громкости от ИК пульта.
6. Так же было решено использовать раздельное питание аналоговой и цифровой части.
7. Вывод 28 микросхемы является индикатором состояния, в котором находится микросхема - высокий уровень - рабочее состояние, низкий уровень - отключенное состояние. Тут можно использовать этот вывод за контролем над состоянием кодека.
В итоге, родилась вот такая схема:


Крупнее
Немного пояснений к схеме:
1. Светодиод LED1 сигнализирует о подключении устройства к USB порту ПК.
2. Конденсаторы C3, С4, через которые входной сигнал поступает на кодек, желательно брать пленочные качественные.
3. Обязательно разделить аналоговую и цифровую «землю», на схеме это сделано при помощи FB1 - безвитковый дроссель, который представляют собой ферритовое кольцо на токоведущем проводе. Их иногда называют «ферритовыми бусинами». Вот как выглядит такая штука

4. Питание аналоговой части микросхемы PCM2902 производится при помощи стабилизатора IRU1117-33
В минусовой вывод стабилизатора включен кремневый диод 1N4148, благодаря ему на выходе стабилизатора имеем 3,5 вольт.
5. К выводу 28 микросхемы подключен транзисторный ключ, нагруженный светодиодом LED2. Когда микросхема подключена к порту USB и работает в штатном режиме, то этот светодиод не светится, если нарушилась связь с портом или микросхема «зависла» - загорается светодиод.
5. Сигнал, снимаемый с аналоговых выходов микросхемы проходит через пассивный LPF фильтр с частотой среза около 28кГц. Это сделано для того, чтобы в выходном сигнале избавится от «огрехов» цифрового квантования. В дальнейшем планируется добавить активный фильтр на ОУ.
6. Кнопки S1-S3 «на любителя». Мне например не нравится громкость кнопками на панели регулировать. В дальнейшем буду делать регулировку громкости резистором и с помощью ИК пульта.
Теперь по поводу источника питания.
Так как у меня валяется много 9-ти вольтовых импульсных бп от сетевых концентраторов, то решил применить их.


Снимаемое с них напряжение 9 вольт поступает на два независимых стабилизатора 5 вольт.
Стабилизаторы выполнены на микросхемах LM317, включенных по своей стандартной схеме включения. Подстроечными резисторами R2, R4 выставляется напряжение на выходе, равное 5 вольтам. Вот собственно схема:


Так, со схемой разобрались, теперь приступаем к монтажу. Устройство было собрано на двух платах - собственно сама микросхема с обвязкой и плата стабилизаторов напряжения.
Микросхема PCM2902 изготавливается только в корпусе SSOP-2


Так, что паять ее на плату нужно очень аккуратно.
Была разработана печатная плата и все на нее смонтировано. Сперва запаял все SMD компоненты. Немного намудрил со стабилизатором на 3,3 вольта. Неправильно развел вход и выход. Пришлось резать дорожки и соединять проводниками.



Немного фото запаянной микросхемы




Для сравнения


Далее смонтировал все выводные компоненты


На электролите - это немного флюса из шприца попало, он новый, не вспухший)))
Вот фото платы стабилизаторов напряжения


Вот LM317 в корпусе ТО-252, были только такие.




После монтажа микросхемы PCM2902, если применяли флюс, обязательно тщательно его вымыть растворителем, иначе потом будут жестокие «зависания». До запайки микросхемы желательно собрать на плате стабилизатор на 3,3 вольта, и подобрать диод VD1 до получения на выходе 3,5 вольта.
После того как собрал все это дело в «кучу» пришел черед проверки. Подаем питания на плату, проверяем питание на ногах микросхемы. Теперь подключаем USB провод к ПК.
Драйвера для этой микросхемы уже есть в Windows, за что большое спасибо дядькам из Microsoft)))) На моем ПК стоит Windows 7. Значит так, подключил я собранную плату к USB порту. Windows тут же крякнул о подключении нового устройства и нашел и установил на него драйвера. PCM2902 определяется как USB Audio codec.


Чтоб удостоверится, что все определилось заходим в Диспетчер устройств и видим следущее:


Все отлично, все определилось!
Теперь надо немного все настроить!
Заходим в панель управления - оборудование и звук - звук. И видим там следущее:

Наш USB Audio codec должен быть устройством по умолчанию, если нет, то делаем его таковым. Встроенную звуковую карту можно отключить там же. Теперь нажимаем на кнопочку Свойства. Появляется меню Свойства. Заходим на вкладку дополнительно и в поле Формат по умолчанию выставляем 2 канала 16bit, 48000Гц.

Теперь переходим на вкладку Запись.
Выбираем микрофон USB Audio codec по умолчанию и нажимаем кнопку свойства.
Выбираем вкладку Прослушать и ставим все как на картинке.

Теперь заходим в вкладку Дополнительнои в поле Формат по умолчанию выставляем 2 канала 16bit, 48000Гц.

Ну вот, собственно, настройка и закончена. Можно подключить к аналоговому выходу усилитель и послушать музыку. Правда тут в выходном сигнале будет слышаться легкий свист, так как у нас стоит пассивный пост-фильтр нижних частот, чтоб полностью от этого избавится потом будет собран активный фильтр. Но, несмотря на это звук вполне достойный, намного лучше чем встроенная звуковуха выдавала.
Теперь потестим все это хозяйство программой RightMark Audio Analyzer 6.2.3.
Для этого вход каждого канала соединяем с его выходом.
Запускаем программу


Выставляем 16bit, 48kHz. Нажимаем кнопку Режимы. Тут программа выдаст все режимы, в которых может работать наша самодельная звуковая карта.


Потом нажимаем на кнопку Пинг. программа проверит возможность записи и воспроизведения устройства.


Далее в блоке, где написано Начать тесты нажимаем на красную кнопку с символом динамика внутри Воспроизведение\запись. Появятся вот такие окна, с помощью микшера Windows необходимо выставить оптимальный уровень сигнала. В это время программа генерирует тестовый сигнал.


После прохождения теста программа генерирует отчет. Вот что получилось.
USB Audio CODEC
Тест программы RightMark Audio Analyzer
Тестируемая цепь: External loopback (line-out - line-in)
Режим работы: 16-bit, 48 kHz

















По тесту программы параметры тоже не плохи, да и субъективная оценка «на слух» прошла очень успешно! Звук нравится, такой плотный, не резкий, словами не передать, надо слушать!
Вот в первой части и все. В следующей части будет опубликована сборка активного пост-фильтра и лампового буфера для аналогового выхода.