DIY DAC reloaded

[raphael]

Hallo alle zusammen,

es gab immerwieder Anfragen, wegen des DIY DACs, den Nuggets und ich hier schon einmal vorgestellt haben. Bei diesem DAC gab es das eine und andere, was mir nicht gefiel. Daher habe ich mich dazu entschlossen, einen neuen DAC zu entwerfen. Zumal die Entwicklung auch nicht stehen geblieben ist.
Hier nun also das selbstgestellte Pflichtenheft:
- 24bit bzw. 32bit DAC
- 192kHz Samplingfrequenz
- Eingang wahlweise I2S oder S/P-DIF
- Ausgangskanäle: 8,4,2 oder 1. Bei Kanalzahl <8 sollen jeweils Kanäle zusammengeschaltet werden, um SNR zu verbessern.
- alle Kanäle symmetrisch
- alle Ausgänge 'quasi-floating' bzw. elektronisch symmetriert
- gesamte Schaltung soll auf eine Euro-Platine passen
- weitgehend SMD
- Stand-alone-Betrieb, d.h ohne Mikrocontroller, den man erst programmieren muß
Soweit erstmal. Noch zwei technische Daten im Stereobetrieb:
THD+N ca.-114dB, SNR -123dB. Dies sind geschätzte Werte, da sie von den verwendeten Opamps abhängig sind und auf Spice-Simulationen beruhen, da Spice aber oft zu optimistisch ist, habe ich die Werte deutlich vorsichtiger abgeschätzt. Spice gibt Werte für die Analogstufe an, die weit besser sind, als die genannten. Ob die vertrauenswürdig sind?

Zum Stand: Die Platine ist im Wesentlichen fertig gelayoutet. Ich bin gerade dabei die Produktionsdaten und Stücklisten aufzubereiten und zu schauen, wo man die Bauteile am besten bestellt, ohne daß man bei drei verschiedenen Distributoren bestellen muß.

So, da es wegen des alten DACs viele Anfragen wegen Platinen gab, hier jetzt die Frage, wer generell Interesse hat. Davon hängt nämlich ab, ob ich gleich eine kleine Serie professionell (mit Lötstoplack und Bedruckung etc.) produzieren lasse oder nur eine Platine gerade für mich selbst am heimischen Ätzgerät herstelle.

Raphael

P.S. Bevor einer fragt, zum jetzigen Zeitpunkt werde ich noch keinen Schaltplan veröffentlichen. Einfach aus dem Grund, da es sein kann, daß, wenn die ersten Platinen bestückt sind, der ein oder andere Widerstand oder Kondensator einen anderen Wert bekommt. Das wird sich dann bei Messungen herausstellen, solange, bis die optimalen Wert gefunden worden sind. Und bevor ich dann wieder 20 emails beantworte, was welchen Wert bekommt, dann lieber später einen finalen Schaltplan erstellen.
Aber in den nächsten Tag werde ich wahrscheinlich schonmal Bilder vom Layout zeigen, kommt auf die vorhandene Freizeit in den nächsten Tagen drauf an.

[GabbaGandalf]

gibt es vielleicht die möglichkeit, den dac so zu planen, dass ein dolby digital/dts/irgendwas decoder auf einer zusatzplatine eingesteckt werden kann?
Ich fände sowas enorm praktisch - gerade auch im hinblick auf die schiere masse von gebräuchlichen soundformaten.

[raphael]

Hi,

solange der Decoder I2S-Ausgänge hat, kein Problem. Die I2S-Eingänge liegen auf einer Stiftleiste. Was dann Quelle ist, ist eigentlich egal.
Allerdings wüßte ich jetzt nicht, wo man Decoder herbekommt in Kleinstmengen. Oder man müßte eben einen DSP mit den (käuflich erwerbaren) Codecs programmieren. DSPs bieten eigentlich immer I2S-Ausgänge.

Raphael

[Rheinhessen-Jones]

gibt es vielleicht die möglichkeit, den dac so zu planen, dass ein dolby digital/dts/irgendwas decoder auf einer zusatzplatine eingesteckt werden kann?

Ich will jetzt nicht sagen, daß das unmöglich sei... aber verdammt schwierig. Habe mal nach sowas gesucht, als ich meinen DAC baute- mir ist noch NIE ein DIY-Dolby-Digital-Decoder begegnet!
Das dürfte schon deshalb schwierig werden, weil Dolby Digital (im Gegensatz zu Linear-PCM) ein proprietäres System ist. Dafür muß man Lizenzgebühren zahlen. Wie das die Industrie handhabt, entzieht sich meiner Kenntnis.
Ich habe beruflich manchmal mit Dolby E zu tun (das ist die professionelle Version von Dolby), und es hat m.E. noch niemand geschafft, per Reverse-Engineering herauszufinden, wie das genau funktioniert. Diese Dolby-Jungs sind sehr fit darin, ihre Geheimnisse zu schützen

[GabbaGandalf]

nun, für den A/52 Algorithmus könnte man diese leute hier mal fragen: http://liba52.sourceforge.net/
hauptschwierigkeit dürfte sein, das so zu programmieren, dass es auf einem standard-dsp läuft.

[raphael]

Der Codec ist nicht das Problem.
Es gibt viele DSPs, die den schon einprogrammiert haben im ROM und für 30$ zu haben sind.
Die Industrie löst das auf ganz einfach Weise: Entweder sie kaufen eine Lizenz oder DSPs mit solch einem ROM oder letztlich wie die Chinesen bei den billigen DVD-Playern: Kopieren ohne zu fragen und zu zahlen.

Das Problem ist viel mehr die Platine: BGA-Gehäuse, mit weniger als 4 Lagen geht da garnichts und dann muß man die BGAs auch noch bestücken lassen, weil reflow-Löten. Das ganze dann auch noch in Kleinserie. Da zahlt man dann 150Eur pro Platine. Da kan ich auch eine Player kaufen und dessen Decoder mißbrauchen.

Raphael

[Rheinhessen-Jones]

den A/52 Algorithmus

spannender Link! die Bezeichnung A/52 war mir noch gar nicht geläufig... ich kannte das nur als AC-3.
Wenn irgendwer Dolby E gehackt hat, vor dem würde ich meinen nicht vorhandenen Hut ziehen aber hier gehts ja um AC-3, Du hast also uneingeschränkt Recht!

Es gibt viele DSPs, die den schon einprogrammiert haben im ROM und für 30$ zu haben sind.

Jups, so welche sind mir auch begegnet, als ich im Netz suchte. Habe dann vermutet, daß die wegen der "eingebauten Lizenz" so teuer sind.

[Rheinhessen-Jones]

THD+N ca.-114dB, SNR -123dB. Dies sind geschätzte Werte, da sie von den verwendeten Opamps abhängig sind und auf Spice-Simulationen beruhen, da Spice aber oft zu optimistisch ist, habe ich die Werte deutlich vorsichtiger abgeschätzt. Spice gibt Werte für die Analogstufe an, die weit besser sind, als die genannten. Ob die vertrauenswürdig sind?

Hmm, weiß nicht... aber wenn Spice Werte angibt, die besser sind, als die vom Hersteller angebenen Daten -ich schätze, wir reden vom PCM1794A- dann hätte ich doch Zweifel. TI wird gewiß die allerbesten technischen Daten die unter _optimalen Bedingungen(TM)_ erreichbar sind, veröffentlichen. Glaube ich.

[Calvin]

Hi,

Simus können nie besser sein, als die zugrunde liegenden Modelle. Und die Modelle sind teils zu einfach und meistens fehlen Parameter für eine exakte Rauschanalyse.
Aber mal nebenbei...warum willst Du Dir die Mühe für einen schönen DAC machen, wenn am Ausgang doch wieder schnöde OPs limitieren? Warum nicht gute diskrete I/U-Stufen nachschalten? Zu aufwändig oder zu strikt an das Euro-Format gebunden?

jauu
Calvin

[raphael]

TI veröffentlicht die Werte, die mit der SChaltung erzielt werden, die im Datenblatt angegeben ist, steht in einer Fußnote im Datenblatt.
Allerdings möchte ich keinen PCM179x mehr verwenden. Der wurde im ersten DAC verbaut und ich habe ihn letztens noch auf einer Platine mit einem SHARC DSP verwendet. Allerdings scheinen diese DACs mit höhren Abtastraten ein Problem zu haben. Sobald man über 96kHz hinausgeht, steigt THD+N deutlich an. Das können andere Silikonküchen deutlich besser und offenbar spricht TI selbst nciht gerne über hohe Abtastraten, hier werden (wenn ich mich richtig erinnere) keine Graphen mehr gezeigt.
Selbst der neue Chip von TI hat dieses Problem, ist er doch nur wieder ein TI179x mit 32bit Interface.

Raphael

[raphael]

Calvin, gute Idee mit den diskreten I/U Stufen, werde mal darüber nachdenken. Hatte schon eine simuliert, die konnte einer OpAmp-Schaltung in Sachen Linearität abe rnciht das Wasser reichen.

Raphael

[hreith]

Hi raphael,

dass mit steigender Taktrate THD+N ansteigt ergibt sich zwangsweise. Schließlich wird THD+N über sehr weite Strecken von N bestimmt und das steigt eben mit der Bandbreite. Wenn das auf den Daten der Hersteller so nicht ersichtlich ist, wird teilweise nur bandbreitenbegrenzt (mit Tiefpass bei 22kHz) gemessen was aber den Vergleich der Daten dann nicht mehr ermöglicht.

Dass bei diskreten Stufen die Linearität etwas geringer ist, ist durchaus üblich und wird von den entsprechenen Entwicklern (oder Auftraggebern) auch meist so gewünscht. Um einen anderen Klang zu erzeugen benötigt man nunmal eine Schraube.

[Calvin]

Hi,

tja, in den Simus sehen die OPs immer so toll aus.....
Eine diskrete Stufe sollte auch nicht unbedingt wie ein klassischer OP aufgebaut sein...dann kann man ja auch direkt beim Krabbelkäfer bleiben.
Aber es gibt diskrete I/U-Konzepte, bis hin zu rückkopplungsfreien Sachen, die dem Ohr einfach nur Spaß machen.
Hawksford hat in einem AES-Papier eine sehr gute Struktur vorgestellt und auch die Probleme üblicher OPs erläutert "current steering transimpedance amplifier for high resolution D-A converters". Die Grundstruktur in Kap.4 reicht schon als Minimalkonfiguration aus, insbesondere wenn mit JFETs an Stelle bipolarer Transen gearbeitet wird.
Bei Verwendung klassischer Ops kannst Du auch mal über eine I/U-Wandlung per Widerstand mit anschließendwer Nachverstärkung nachdenken.

jauu
Calvin

[raphael]

Selbst wenn man einer diskreten Lösung zugesteht nicht ganz so linear zu sein, aber eine Verschlechterung um rund 40% war dann doch inakzeptabel. Habe an so einen 1798 mal versuchsweise eine diskrete I/U-Wandlung, aufgebaut quick-and-dirty auf Lochraster, drangehängt. Die konnte mich nicht begeistern.
Das Hawksford-Ding wollte ich schonmal ausprobieren, bin ich bisher aber noch nicht zu gekommen.
Nochmals wegen der THD+N: Die 179x-Familie kommt bei 192kHz auf -96dB. Das ist auf dem Niveau de deutlich günstigeren PCM4104 mit -97dB. ADI und Cirrus schaffen hier zwischen -107 und -110dB mit Standard-Chips.

Raphael

[Calvin]

Hi,

ADI misst auch mit dem AP und demzufolge mit 22kHz Begrenzung, die Hubert schon erwähnte ;-)
Hawksford schlägt im erwähnten AES-Paper 3 Methoden (Kap.3,4) vor, auf die erste Lösung geht er aber außer dem prinzipiellen Bildern 4.1 und 4.2 nicht näher ein. Im folgenden nutzt er auch wieder Rückkopplung.
Eine sehr simple Variante von 4.1 ist von Pass vorgeschlagen (auch wenn sicherlich Transen abseits von MOSFETs und eine teils andere Bauteildimensionierung vorteilhaft wären). Aber ausgehend von dieser Struktur kann schon was Nettes aufgebaut werden ;-)

jauu
Calvin