Проект ЦАП на TDA1543. Часть 1.

Самый лучший способ самому понять как что-то работает, это объяснить другому. Пока вы объясняете принцип работы устройства сами получаете более ясное видение предмета.
Цель этого опуса, получить реальные навыки разработки ЦАП с нуля и действительно понять, что и как работает, отчего и почему.
Я попрошу не плеваться от пренебрежения мастеров со специальным электротехническим образованием, что дилетанты лезут куда не надо, ничего не понимают. Многие радиолюбители и в 70е и 80е вооружившись книжками 50-60х годов прекрасно собирали многие устройства самостоятельно. Я помню каким открытием в детстве было, что простой электромоторчик подключенный  в розетку для радио вдруг начинал вещать: “Говорит Москва!”
Ну что же попытаемся, узнавать новое не зазорно, зазорно незнать и бояться спросить.
Я для первого проекта выбрал ЦАП на мультибитном чипе TDA1543, что такое мультибит – есть обширный и доходчивый обзор на сайте Популярно о мультибитном ЦАП, в силу наиболее простой реализации конечного устройства.
Посмотрите на заглавную фотографию чьего то DIY-ерского проекта – это наглядная демонстрация того, что примерно мы попытаемся сделать.
Будем вместе разбираться с этой темой. Я сразу скажу, это не моя профессия, я в этом ничего не понимаю, поэтому ряд моих умозаключений в этом проекте может быть неверен. Если вы видите очевидную ошибку в проекте, я прошу вас, укажите на нее, поправьте меня.
Сразу все кажется страшным и сильно непонятным. Можно найти какие то схемы цап на TDA1543, где к ногам микросхем прикручена обвязка. Меня это не устраивает потому что я не понимаю почему она там прикручена и зачем. Авторы не особо любят это объяснять, логично считая, что это элементарно, Ватсон.
Но я начинающий любитель, мне это не элементарно и совсем непонятно. Поэтому будем разбираться сами.
ЦАП TDA1543 выбран по следующим причинам:

1. Он не требует создание усиления на выходе, так как позволяет получить звук сразу прямо с ножек, через 1 резистор и  1 конденсатор образующие одновременно и преобразователь тока в напряжение (через резистор) и ФНЧ-фильтр (образующийся в связке этот самый резистор + конденсатор).
2. Мы получаем NOS-цап, т.е. цап без оверсемлинга имеющий ряд преимуществ.
3. Улучшить звучание цапа очень просто – достаточно параллельно припаять любое количество таких же чипов TDA1543 (главное обеспечить охлаждение).
4. Запараллеленный TDA1543 действительно хорошо звучит, в чем я убедился на основе прослушанного китайского цап на 8 x TDA1543.
5.  Поняв как работает такой простой ЦАП, можно перейти к более продвинутым устройствам.
6.  Цена TDA1543 и остальных компонентов очень низкая.

Сумма этих факторов привела меня к мысли о именно такой разработке – простой в изготовлении NOS-цап, сперва на 1 микросхеме, потом запараллеленный до 10-20 чипов – но это в будущем, если что то получится.

УСТРОЙСТВО ЦАП

Глобально ЦАП состоит из трех частей:

1. Ресивер получающий сигнал с оптического или коаксиального входа.
2. Сам ЦАП получающий цифровые аудиоданные с ресивера.
3. “Выхлоп” – обычно миниусилители усиливающие сигнал до 1-2 вольт, после чего проходящий через фильтр низких частот, где обрезаются не используемые диапазоны звука.

В нашем случае о 3-ем пункте беспокоится не нужно, так как с ножек TDA1543 ток идет итак более чем мощный, и весь выхлоп уместится в 1 резистор и 1 конденсатор на 1 канал.
Следовательно самое важное у нас выбрать ресивер и выбрать сам цап. Но с цапом мы уже определились – TDA1543.
А вот с ресивером посложнее.
TDA1543 принимает на входе только I2S формат данных, следовательно нам нужен ресивер, который получив цифру например по коаксиалу сможет на цап отправить ее уже в I2s формате.
Обычно используют  3 разных ресивера (можно и еще выбрать) – это:
CS8412 (джиттер 200 пикосекунд, 96000 Гц)
DIR9001 (джиттер 50 пикосекунд, 96000 Гц)
Wolfson wm8805 (джитер 50 пикосекунд, 192000 кГц)

Каждый из них умеет I2s + кучу других форматов, так что нужно будет с помощью подачи напряжения на определенные ноги устанавливать разные режимы, чтобы ресивер стал работать на выдачу I2S.
Мой взгляд сразу привлек DIR9001, но первым мне попался даташит на CS8412, я внимательно почитал его и что то немного понял, поэтому пока начнем с него. К тому же если я пойму CS8412, остальные я тоже пойму как работают (в общем).
Нам нужно понять как устроен цап TDA1543 и как устроен ресивер CS8412.
Начнем сперва с ресивера CS8412.
Вот так он выглядит физически:

А вот значения ног CS8412:

Что из этого можно понять сразу.
Мы видим, что у чипа есть 2 земли – DGND (D – digital – цифра) – цифровая земля (ножка 8) и AGND (А – analog) – аналоговая земля (ножка 21). Но даташит сообщает, что
AGND должны быть подключены к той же земле, как DGND. Т.е. земля для них должна быть одна.
Так же мы видим два контакта для питания, один для питания цифры – VD+ (D – digital – цифра) и VA+ (логично, что А – analog) – для питания аналоговой части чипа.
Номинальное питание +5V и аналога и цифры. Я ранее пришел к такому же выводу, что логичнее было подать именно 5 вольт, так как:
Я планирую сопрягать CS8412 с TDA1543.
CS8412 допускает максимальное напряжение +6V.
TDA1543 допускает максимальное напряжение +8V.
Конечно можно обеспечить два раздеьных питания, например подавать на CS8412 5,5V, а на TDA1543 7V, но проще подать на оба одно напряжение +5V.
Для TDA1543 указано, что ее номинальное питание +5-8 V, т.е. +5 вольт даст номинал и для цап и для ресивера.
Другие ножки, что мне сразу были понятны в CS8412 – это RXP и RXN.
Это ножки 9 и 10, на них приходит SPDIF-сигнал.

Пока звучит непонятно. Ок, что есть SPDIF для обычного пользователя?
Для коаксиального подключения это разъем-мама в виде RCA-тюльпанчика.
Значит нам нужен SPDIF-разъем, он же терминал тюльпанчика.

Вот у него как раз два кончика-лепестка, один и есть RXP (сигнал – центральная дырка), другой RXN (земля – лепесток торчащий вбок).
Посмотрим, как советует подключение коаксиала даташит:

Что это коаксиал я догадался по сопротивлению резистора 75 Ом.
Что за кольцо вокруг дорожек я не знаю – подскажите, что это, феритовое кольцо?
Итак мы видим, что после коаксиального разъема дорожки соединены через резистор на 75 Ом, после чего RXNзаземлен.
Ножка же микросхемы CS8412сперва идет на конденсатор 0,01 микроФарад, а потом на ту же землю.
Проследим по линии от  разъема RXP – итак, у нас ответвился резистор на соседнюю дорожку, а мы далее ставим конденсатор с аналогичным значением 0.01 mF и приходим на ногу RXP.
Вот мы и реализовали коаксиальный вход.
К вопросу о гальванической развязке, судя по даташит, она рекомендуется только для XLR-подключения. Причем,  указано, что если не хотите использовать для этого трансформатор, то можете вместо этого использовать дополнительно установленные конденсаторы.
Далее возвращаемся к нашей схеме из даташит.

Про нее сказано: хотя трансформатор не является необходимым – он рекомендуется. Вот как!

Из этого мы понимаем, что конденсаторы 0,01 mF можно и не ставить, но с другой стороны они выполняют роль барьера не пропускающего постоянный ток, для чего они и установлены в данном месте схемы.
Это керамический кондансатор, его значение может быть в диапазоне от 0,1 до 0,47 Мф.
А что может быть, если не защитить микросхему от постоянки и откуда она возьмется?
В момент подключения источника к вашему цап может быть постоянный ток (мало ли что там за источник) способный успешно спалить ваше устройство.
Т.е. самое оптимальное схемотехнически подключение указано для XLR-разъемов, посмотрим схему:

В этой схеме такие различия, что у XLR 3 провода и сопротивление 110 Ом, в остальном же все так же, поэтому на основе этого примера можно построить свою схему для коаксиального входа:

(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)

Продолжить обсуждение и высказать свои предложения можно на форуме.