Hur man gör ett externt ljudkort. Montering av en högkvalitativ hi-end DAC från ett billigt kit

Som en "glad" ägare av ett integrerat ljudsubsystem drömde jag fortfarande om ett bra ljudkort, och jag kunde inte ens tänka att jag skulle kunna göra det själv hemma. En gång när jag surfade på World Wide Web stötte jag på en beskrivning av ett ljudkort med ett USB-gränssnitt baserat på ett Burr-Brown PCM2702-chip och när jag tittade på priserna på företag som säljer radiokomponenter insåg jag att detta inte var något för oss ännu – ingen visste något om det. Senare byggdes min dator i ett litet microATX-fodral som inte ens hade plats för en gammal Creative Audigy2 ZS. Jag fick leta efter något litet och gärna externt med USB-gränssnitt. Och så återigen kom jag över PCM2702-chippet, som redan användes aktivt och berömdes för kvaliteten på musikuppspelningen - med rätt kretsar var ljudet mycket trevligare än samma Audigy2 ZS. Återigen, en sökning efter priser, och se och häpna, den önskade mikrokretsen är tillgänglig till ett pris av cirka 18 "fiendepengar". Som ett resultat beställdes ett par marker för experiment, så att säga, för att lyssna på vad de borgerliga "CABuilders" hade hopat där.

Så, vilken sorts odjur är denna PCM2702-kontroller från det legendariska företaget Burr-Brown, som vann audiofilers hjärtan runt om i världen med sina topplösningar? Jag undrar vad budgetlösningen är kapabel till?

Enligt den tekniska dokumentationen för chippet (pcm2702.pdf) har vi en digital-till-analog-omvandlare (digital-till-analog-omvandlare - DAC) med ett USB-gränssnitt med följande egenskaper:

• Bitdjup 16 bitar;
• Samplingshastighet 32 ​​kHz, 44,1 kHz och 48 kHz;
• Dynamiskt omfång 100 dB;
• Signal-brusförhållande 105 dB;
• Nivån av icke-linjär distorsion 0,002%;
• USB1.1-gränssnitt;
• Digitalt filter med 8x översampling;
• Fungerar med standard USB-ljudenhetsdrivrutin.

Nu om själva enheten. Till att börja med monterades en enkel version enligt det schema som rekommenderas av tillverkaren med mindre förändringar i näringen. Det visade sig vara en liten "zvukovuha" som drivs av USB.

Men det är ingen skada utan bra, och jag hittade på webben en enkel och högkvalitativ LPF-krets på transistorer, vars författare hävdade anständigt ljud, till och med inte värre än dyra operationsförstärkare. Bestämde mig för att försöka. Som hörlursförstärkare installerade jag mikrokretsen LM1876 - den yngre tvåkanaliga "systern" till den legendariska LM3886 med samma ljud men mindre kraft. Denna mikrokrets tillåter, genom att öka förstärkningen, att ansluta högtalare.

Resultatet är ett sådant schema - USB-DAC_PCM2702_Sch.pdf, ritning av ett kretskort - USB-DAC_PCM2702_Pcb.pdf i spegelbild för att överföra bilden med laserstrykningsmetod till kopparfolie, den så kallade LUT (du kan läsa mer på Internet), en ritning av arrangemanget av element och byglar på kortet, såväl som anslutningsdiagrammet för volymkontrollen - USB-DAC_PCM2702.pdf.

Den sammansatta brädan ser ut så här:

Kretsen möjliggör inaktivering av PCM2702 analoga strömförsörjning och filterutgången från X5, X6-kontakterna om USB-kabeln inte är ansluten till X1-kontakten. Detta för att säkerställa att filtrets låga utimpedans inte stör signalen som levereras till dessa uttag när enheten används som hörlursförstärkare. När den är ansluten tillförs analog ström till DAC:n via transistor VT2, som styrs av transistor VT1, om det finns spänning vid USB-kontakten är båda transistorerna öppna. Filterutgångarna är anslutna till kontakterna på baksidan via relä K1, som också drivs av USB. Jag använde reläet V23079-A1001-B301 från AXICOM. Om det inte finns något sådant relä, kan du istället för det sätta en konventionell omkopplare med två kontaktgrupper. Istället för VT2-transistorn kan du också sätta en omkopplare, och du behöver inte löda alla element som är ansvariga för att byta strömförsörjning, det är bara önskvärt att byta själva USB-strömmen genom samma omkopplare.

Förstärkaren och den analoga delen drivs av en extern strömkälla med en spänning på 12-15 V och 0,5 A AC, ansluten via X2-kontakten på bakpanelen.

Alla SMD-motstånd, motstånd R20, R22 storlek 1206, resistorer R13, R14 storlek 2010 byglar kan installeras istället, alla andra motstånd storlek 0805. Alla SMD keramiska kondensatorer storlek 0805, alla elektrolytkondensatorer med en maximal drifttemperatur på 105 ° C internt motstånd , med en driftsspänning på 16 V, kondensatorer C6, C7 med en maximal driftspänning på 25-35 V. De flesta av kontakterna är lödda från gammal utrustning, jag kan inte säga säkert, styrs av utseendet. Volymkontrollmotståndet är anslutet med en tvåtrådsskärmad tråd, två signalkanaler och jord på skärmen, ett motstånd av okänt kinesiskt ursprung med ett motstånd på 20 kOhm av grupp B (med ett exponentiellt motståndsberoende på rotationsvinkeln av knappen).

Jag vill också berätta lite om hur man löder mikrokretsar i ett så litet fall. Vissa tror felaktigt att sådana mikrokretsar måste lödas med lödkolvar med låg effekt och en tunn spets. Det är väldigt roligt att se när folk vässar sticket som en syl och försöker löda varje ben individuellt. Faktum är att allt är enkelt och enkelt. Till att börja med installerar vi mikrokretsen i önskad position, håller den med handen eller fixar den med lim, löd en av de extrema terminalerna, centrera den sedan om det behövs och löd den motsatta terminalen. Om flera slutsatser löds samman är detta inte skrämmande. Lödkolven tas med en effekt på 30-50 W med en förtennad, nyvässad spets i en vinkel på cirka 45 °, och vi sparar inte flussmedel eller kolofonium. Fluxet är helst inte aktivt, annars måste du tvätta brädan mycket noggrant och försöka tvätta bort den under mikrokretsen. Vi värmer upp alla ben med en liten droppe lod, med början från ena kanten och gradvis, när den värms upp, flyttar vi lödkolven mot de olödda ledningarna och driver överflödigt lod på dem, medan brädet kan hållas vid en vinkel så att lodet rinner ner under själva gravitationen. Om det inte finns tillräckligt med lod, ta lite mer, om det finns mycket, så tar vi bort allt lod som finns på spetsen av lödkolven med hjälp av en trasa, och utan att spara flussmedlet tar vi bort överskottet från mikrokretsstiften. Om brädan alltså är normalt etsad, väl rengjord och avfettad, så sker lödningen inom 1-3 minuter och den visar sig vara ren, vacker och enhetlig, vilket syns på min bräda. Men för större säkerhet rekommenderar jag att öva på brända brädor från olika datorutrustningar med mikrokretsar som har ungefär samma stiftdelning.

Jag rekommenderar att du först inte löder D2- och D6-chippen och element som kan störa installationen. Först och främst är det nödvändigt att löda noderna som ansvarar för strömförsörjningen, ringa strömkretsarna för en kortslutning, ansluta till USB-porten och applicera 14 V AC från strömförsörjningen till X2. Framtida utgångar från stabilisatormikrokretsar bör ha följande spänningar:

• Dl: +3,3V;
• D3: +12V;
• D4: -12V;
• D5: +5 V.

När du ansluter PCM2702 till datorn för första gången hittar systemet en ny enhet - USB-högtalare Burr-Brown Japan PCM2702.

Lite om att montera ihop hela enheten till ett fodral. Det svåraste är att ställa in volymkontrollens variabla motstånd. Frontpanelen är fäst vid chassit av en kant som löper längs baksidan av panelen och har en ganska allvarlig tjocklek. Denna avsats måste skäras med en bågfil eller fräsmaskin på den plats där volymkontrollen kommer att fästas, men du måste vara mycket försiktig, eftersom du kan repa aluminiumbeläggningen, vilket gör att panelen förlorar sin attraktivitet. Sedan borrar vi ett hål för montering av motståndet, platsen för vilken vi uppskattar enligt handtagets position, som kommer att placeras på samma motstånd. På framsidan tar vi lite bort ribborna nära hålet så att muttern får gängorna på motståndets bas. Det finns ytterligare ett problem - mitten av panelen sammanfaller inte med mitten av den inre kammaren i chassit, och volymkontrollmotståndet vilar mot höljet. Jag var tvungen att höja panelen med 2-3 mm, för vilket jag skar av hörnet på utsprånget för att fästa med en dremel.

Jag kommer inte att beskriva i detalj alla åtgärder med panelen och chassit. De som kan göra en sådan anordning själva kommer att förstå allt från fotografierna. Där hål borrades och gängades placerades 2 brickor under panelen under installationen nära varje skruv för att höja den med 2 mm. Hål borras även i chassit och gängor skärs för montering av skivan. Mikrokretsarna D3, D4 och D6 pressas mot chassit med M2,5-skruvar, medan D4 och D6 måste isoleras från panelen med en glimmerplatta eller annat värmeledande dielektrikum, eller mikrokretsar med ett isolerat hölje, som D6 i mitt fall , borde användas. Bakpanelen är gjord av en plastplugg från systemenheten. Allt detta kan ses mer i detalj på bilden.

Ljudkortsdiagrammet visas i figur 1

Figur 1 - Schematisk bild av ljudkortet

Ljudsignalen från mikrofonen eller spelaren matas till en av ljudkortets ingångar. Detta är en analog signal. Den går till ingångsmixern, som tjänar till att blanda signaler om det finns flera av dem. Signalen från ingångsmixern skickas sedan till analog till digital omvandlare(ADC), med vars hjälp digitalisering analog signal, dvs. omvandla den till en diskret binär signal.

Sedan går den digitala datan till hjärtat av ljudkortet - CPU(DSP - Digital Signal Processor). Denna processor styr datautbyte med en dator via moderkortets PCI-buss.

När datorns CPU kör ett program uppgifter ljud, sedan matas den digitala datan via PCI-bussen antingen direkt till hårddisken eller till datorns RAM. Genom att ge denna data ett namn får vi en ljudfil.

På uppspelning av denna ljudfil kommer data från hårddisken via PCI-bussen in i ljudkortets signalprocessor, som dirigerar dem till digital-till-analog-omvandlare(DAC). En digital-till-analog-omvandlare omvandlar en binär signal till en analog. Elektrisk signalen som resulterar från omvandlingen matas till utgångsblandare. Denna mixer är identisk med ingången och styrs av samma program. Signalen från utgångsmixern skickas till linje ut ljudkort och en utgång till ljudhögtalare, genom att ansluta högtalare eller hörlurar som vi hör ljud till.

Alla universella multimedialjudkort har inbyggd synthesizer- en enhet som syntetiserar ljud av givna frekvenser och klangfärger. Den används också för att styra driften av musikinstrument baserat på standarden MIDI (som en synthesizer).

MIDI-standard(stativ) for the Digital Interface of Musical Instruments (Musical Instrument Digital Interface), är ett standardiserat hårdvaru- och mjukvaruprotokoll för att koppla (utbyta information) musikinstrument med varandra. Händelser som skickas via MIDI-bussen kan också sparas till MIDI-filer för senare redigering och uppspelning.

Att använda den som ett musikinstrument MIDI-port ansluta MIDI keyboard, eller en fristående synthesizer som kan fungera som tangentbord.

Alltså de viktigaste aktiviteterna ljudkortsfunktionerär följande:

• konvertera ljudsignaler (analoga signaler) som kommer från en mikrofon, bandspelare och andra externa ljudenheter till digital form, vilket är nödvändigt för vidare bearbetning i en dator;
• konvertera digitala signaler som genereras i en dator till analoga signaler lämpliga för uppspelning i akustiska system;
• bearbeta signaler: välj eller dämpa vissa frekvenser i signalen, skapa effekterna av ett blomstrande rum, multipla eko (efterklang), multiplikation av ljudkällor (chorus) och andra;
• syntetisera musikaliska ljud som är karakteristiska för traditionella musikinstrument, och ljud från instrument som inte har några analoger i naturen;
• att syntetisera den mänskliga rösten och i allmänhet godtyckligt givna ljud: tåg, skott, regn, etc.;
• tillhandahålla ett tvåkanaligt (stereo) läge, volymkontroll för var och en av kanalerna separat;
• tillhandahålla blandning (blandning) av signaler från flera källor;
• ger möjlighet att ansluta andra ljudkort, musiksyntar, mixare, etc. via en speciell standardanslutning (MIDI-gränssnitt).

Jag stod inför uppgiften att göra ett enkelt och kompakt USB-ljudkort som möjligt. Mitt val föll på PCM2900-chippet. Hon vet allt jag behöver, och på något sätt har jag redan stött på henne. Jag byggde utgångsförstärkaren på LM386.

Så alla scheman är dragna, styrelsen är skild. Låt oss börja montera.

Vi skriver ut tavlans undersida från projektet på glansigt papper. Det är nödvändigt att förbereda ett ark folietextolit i förväg och rengöra det med fint sandpapper för att ta bort alla mindre repor och smuts och sedan avfetta det. Vi applicerar det tryckta arket med ett mönster på textoliten. För att undvika oavsiktlig förskjutning av mönstret är det nödvändigt att fixa det, till exempel med ett klistermärke.

Därefter överför vi ritningen till textolite med hjälp av. Jag ser inte poängen med att beskriva metoden helt, det finns mer än tillräckligt med information på denna sida. Efter etsning borrar jag alla nödvändiga övergångs- och tekniska hål enligt projektet.

Jag etsade bara undersidan. Toppen är helt stängd från lösningen med tejp. Eftersom jag inte har många spår på ovansidan, bestämde jag mig för att göra dem med hängande trådar. För att undvika att kortsluta benen på utgångselementen och trådarna på det övre lagret med en fyllning, tar vi bort kopparn runt varje via med en borr med stor diameter.

Vi kopplar ihop spåren med alla hål enligt ritningen

Sedan, efter att ha tvättat brädan med alkohol, fortsätter vi till installationen av alla element på det nedre lagret av brädan och sköljer igen. Det kommer inte att vara överflödigt att använda ett ultraljudsbad för dessa ändamål, även om inte alla har möjlighet.

Sedan alla element på det översta lagret

Efter det, skölj allt igen och kontrollera eventuella fel. Nåväl, nu den första inkluderingen. I ett mikrochipPCM2900 har redan inbyggda drivrutiner för WINDOWS. När den är ansluten till en dator identifieras denna enhet som USB Audio CODEC som en uppspelnings- och inspelningsenhet i systemet.

Sedan förbereds fallet, alla nödvändiga hål sågas och borras och brädan installeras i fallet.

Jag gjorde verkligen inga inskriptioner på fodralet, vilket inte är särskilt bekvämt, men du kan vänja dig vid det. Jag kan inte säga om ljudkvaliteten för specifika nummer. Jag mätte ingenting och jag vet inte ens hur. Men ljudet är inte dåligt, lite bättre än det inbyggda ljudkortet. Jag tror att det var möjligt att uppnå bättre om vi använde bra op-amps istället för output LM386. Men jag försökte göra av det jag hade.

Jag hade ändringar i kortet som jag gjorde efter tillverkningen - jag minskade förstärkningen av utgående mikrokretsar från 200 till 20. Och det visade sig fortfarande vara för mycket. Lyckligtvis var det bara nödvändigt att löda kondensatorerna C25 och C26 för sådana förändringar.

Lista över radioelement

Som det visade sig är det enkelt och billigt att göra ett externt USB-ljudkort. I den här artikeln kommer jag att berätta hur jag gjorde det.

Bakgrund:

För ett par år sedan, på Internet, på ett av forumen, stötte jag på ett ämne om ljud-DAC. Jag blev väldigt exalterad över idén att löda ett ljudkort(!) och började läsa beskrivningar av olika mönster med stort intresse. Jag avvisades från att upprepa dem av komplexa (jag hade ingen aning om var jag skulle dra ut den "fyrkantiga bussen" I2C på en dator eller var man kan få tag på S / PDIF) kretsar och dyra (detta var det mest övertygande argumentet) komponenter. Det finns väldigt lite material om detta ämne på ryska även nu ...

Efter ett par månader hittade jag en enkel design baserad på ett PCM2702-chip och, viktigast av allt, med en USB-anslutning till en dator. Jag var inte rädd för SSOP-chippaketet, men jag var rädd för priset - mer än 500 rubel styck. Jag var också rädd för att förstöra en så dyr mikrokrets med min oerfarenhet (överhettning, statisk ... man vet aldrig?). Jag började leta efter andra lösningar. Och jag stötte på en design på PCM2705. Detta är också en USB-codec, men med lägre prestanda jämfört med PCM2702.

Jag hittade mikrokretsen på en loppis på ett av forumen. Jag beställde en till mig själv och en vän. Jag kommer inte ihåg exakt till vilket pris, men inte mer än 150 rubel per styck.

Jag upprepade schemat nästan en-mot-en med originalkällan. Och han har nästan ett rent datablad där.

Betala:

Jag gjorde min egen version av kretskortet. Jag behärskade redan då laserstrykningsteknik.

Första starten:

Jag lödde den (jag trodde att jag inte kunde löda den med en fem-millimeters spets, men tack vare DI-HALT för mikrovågsidén).

Med darrande händer kopplade jag den till datorn ... OS upptäckte en ny enhet. Installerade drivrutiner. Kopplad i hörlurar och sjunger! Och dessutom är det inte värre än ljudet inbyggt i den bärbara datorn. Och ännu bättre! Jag hörde åtminstone skillnaden på basen. Märkte inte av det på HF. Men mina hörlurar är inte den bästa kvaliteten.

En kompis lödde också, kopplade och ... fungerar inte. Jag bytte kondensatorer i kvartsbandet - det hjälpte inte, jag bytte själva kvartsen - det fungerade!

Använder du?

Jag använder. Ibland sätter jag på den när jag vill ha bättre ljud. Jag skulle slå på den oftare, men det är obekvämt att använda det - fodralet gjorde det aldrig, jag drar den bärbara datorn fram och tillbaka ...

Modernisering:

Om du använder ett externt nätaggregat med lågbrusstabilisatorer blir ljudet bättre, eftersom. USB-bussström innehåller många olika störningar. Du kan också experimentera med motstånden R7, R8 - lägg mindre och öka kondensatorerna C12, C13 - överföringen av låga frekvenser kommer att förbättras.

Det var också möjligt att mata ut S / PDIF, men jag hade ingenstans att fästa spåret på kretskortet, och jag behövde det inte då. Och så, på den 5:e utgången av mikrokretsen, ligger den.

Ett dubbelsidigt, väldesignat kretskort skulle inte skada denna design. Eftersom ett helt lager koppar kommer att tas under "jorden", kommer detta att förkorta returströmbanorna och minska störningsnivån. För tillfället, om det finns en mobiltelefon bredvid denna DAC och tar emot ett inkommande samtal eller meddelande, då det välbekanta "du-du-du-du ... du-du-du-du ... du-s-s-s- å...".

Hittar inte PCM2705...

Analoger till PCM2705 är linjen PCM2704-2707. Kort om dem:
PCM2704: 28-stifts SSOP, hörlurs- och S/PDIF-utgång, externt ROM-gränssnitt
PCM2705: 28-stifts SSOP, hörlurs- och S/PDIF-utgång, seriellt programmeringsgränssnitt
PCM2706: 32-stifts TQFP, hörlurs- och S/PDIF-utgång, I2S-gränssnitt, externt ROM-gränssnitt
PCM2707: 32-stifts TQFP, hörlurs- och S/PDIF-utgång, I2S-gränssnitt, seriellt programmeringsgränssnitt

Du kan använda vilken som helst av dem, de är av samma kvalitet.
Jag bifogar databladet i arkivet tillsammans med kretsen och kortet (öppet i Sprint Layout 5).