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Questo è il thread dedicato all'HDAC+. Qui troverete tutte le informazioni relative al progetto.

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Cos'è l'HDAC+
Il termine hdac nasce dalla contrazione di due sigle: hd, che sta per high definition, e dac che è la sigla che tutti conosciamo e che significa digital to analog converter. Quindi HDAC è un dac, ad alta definizione. Che significa alta definizione? Assolutamente nulla, e la sigla da me inventata è infatti una provocazione, una prova, visti i risultati, del fatto che un dac basato su un chip di conversione vecchio possa in realtà fornire risultati assolutamente comparabili, se non migliori, ai dac moderni pieni di chip attualissimi e di sigle misteriose sul frontalino.

Caratteristiche generali
HDAC+ si basa su una coppia di chip TDA1541 della Philips. Il TDA1541 è un convertitore ditale/analogico multibit (16 bit) e può gestire fino a 6-MHz in ingresso sul bit clock. Nell'HDAC+ ciascun TDA1541 ha 3 stabilizzatori dedicati di tipo shunt in prossimità del chip stesso, in totale 6 alimentazioni, che garantiscono il percorso più breve alle correnti di ritorno dei vari segnali. In totale, sulla scheda HDAC+ si contano ben 9 stabilizzatori, di cui 6 quelli dedicati ai due TDA1541, 2 dedicati alla parte analogica, e 1 relativo alla parte digitale.

Lo stadio di conversione I/V, ovvero lo stadio di uscita analogico, è composto da una coppia di moduli AF7102-J2 ad alte prestazioni. Questi moduli sono in sostanza due amplificatori operazionali a discreti, ottimizzati per l'impiego come convertitori corrente-tensione, che presentano caratteristiche di rumore e slew-rate eccezionali. La tipologia utilizzata è quella del folded cascode, che consente di ottenere un amplificatore a singolo stadio, minimizzando così le interazioni tra più dispositivi attivi.

HDAC+ thread ufficiale 50449865748_c56beb16b8_o_d

DAC NOS (no oversampling) con 2 TDA1541
Convertitore D/A NO-OVERSAMPLING (NOS)
Chip DAC: 2 x TDA1541 (TDA1541A) con DEM RECLOCKING
Formati audio accettati: 44.1, 48, 88.2, 96, 176.4, 192 KHz @ 16/24/32 bit (solo 16 bit riprodotti)

Conversione I/V a discreti (2 x AF7102-J2)

Ingressi digitali: 2 (1 USB, 1 SPDIF ottico o coassiale)
Uscite analogiche: 1 (coppia RCA)
Visualizzazione della frequenza di campionamento con display a LED

Uscita audio: 2V RMS (0 dBR)
Rapporto S/N: -110dB (banda 0-20kHz) non pesato
THD @ 0dB 1KHz (+10 dbV): tip. 0.005%
THD @ -60 dBR 1KHz (-50 dBV): tip. 0.6%
Risposta in frequenza @ 44.1KHz fs: 0 - 20 KHz (-3 dB)
Risposta in frequenza @ 192 KHz fs: 0 - 96 KHz (-3 dB)



Il TDA1541, come non lo avete mai sentito
Potrebbe sembrare ridicolo l'accostamento del termine alta definizione ad un chip come il TDA1541 che ha solo 16 bit di risoluzione, ma in realtà è proprio il concetto di definizione a cozzare contro il numero di bit, numero che sta ad indicare una faccenda del tutto diversa, che con la definizione non c'entra un tubo. Il numero di bit infatti stabilisce solo il limite teorico al rapporto S/N ottenibile dal convertitore. Quindi concetti come "definizione", "liquidità", "senso dell'analogico", "morbidezza", "dolcezza", etc. non hanno nulla a che spartire con la quantità di bit. Quindi un dac con il TDA1541, pur gestendo solo 16 bit, può essere a tutti gli effetti contrassegnato con il termine che oggi va tanto di moda di "high definition", purchè riesca a mantenere inalterate, o meglio ancora ad esaltare, le qualità intrinseche del chip dac impiegato.

L'HDAC+ non solo riesce ad esaltare il TDA1541, ma va addirittura oltre. L'impiego di due TDA1541 che lavorano in simultanea non solo migliora la linearità ma consente anche, per mezzo di un apposito circuito di delay, di raddoppiare gli step in uscita, facendo così lavorare meglio lo stadio I/V e soprattutto diminuendo il livello dei disturbi fuori banda (immagini) che non sono filtrati (no oversampling, ovvero senza filtraggio digitale).

Le schede che compongono un HDAC+ completo:

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La scheda PCM6432 che consente al TDA1541 di gestire fino a 192-KHz di campionamento:

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La USB è gestita da quello che è al momento il miglior chip per il collegamento asincrono, l'XMOS:

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Commenti

bandAlex
8/11/2020, 14:56bandAlex
Il progetto HDAC+ è composto dalle seguenti 3 schede:

1) HDAC+ (scheda principale);

2) PCM6432 (scheda 192kHz e selezione ingressi);

3) DISPLAY (scheda per visualizzazione frequenza di campionamento).

Inoltre, per il progetto completo sono necessarie altre 2 schede:

4) Scheda di conversione USB -> I2S;

5) Scheda di conversione SPDIF -> I2S.

Queste ultime due schede sono in pratica le due schede di interfaccia che servono a collegare il dac con il mondo esterno e a ricevere il flusso digitale da un lettore, un network player, o un semplice computer.

Nei post seguenti, esaminiamo ciascuna scheda separatamente, e poi successivamente i collegamenti da fare.
bandAlex
8/11/2020, 16:34bandAlex
SCHEDA HDAC+

Questa è la scheda principale che ospita tutta l'elettronica necessaria al funzionamento del dac, comprese le alimentazioni principali. Essa alloggia i due TDA1541, i trasformatori di alimentazione, lo stadio analogico di uscita e l'elaborazione digitale. Proprio per la sua completezza, tale scheda può funzionare anche da sola senza l'ausilio di altre schede. Per coloro che non hanno l'esigenza di selezionare più ingressi, che si accontentano di riprodurre brani con frequenza di campionamento massima di 96-kHz, e hanno già un una sorgente I2S da utilizzare (ad esempio, una schedina di conversione USB -> I2S oppure SPDIF -> I2S) possono tranquillamente fermarsi alla scheda HDAC+ senza ulteriori aggiunte, godendo comunque delle straordinarie qualità sonore di questo dac.

Dimensioni
La scheda HDAC+ ha dimensioni di 273 x 169 mm, mentre l'altezza è determinata dal trasformatore, 38 mm.

HDAC+ thread ufficiale 50579476071_4bde0dd552_o_d

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La misura dell'altezza è relativa alla sola scheda HDAC+. Per chi userà anche la PCM6432 l'altezza aumenta, in quanto quest'ultima si aggancia sopra la scheda principale tramite un connettore.

Connessioni
Sulla scheda ci sono diversi zoccoli e connettori, ora li esaminiamo uno a uno:

1) K1 = interruttore di accensione (Molex SPOX, 2 poli);

2) K2 = ingresso dei 240-V (Molex SPOX, 3 poli);

3) K4 = uscita audio analogico (JST XH, 4 poli);

4) K5 = ingresso digitale I2S (Wurth Elektronik WR-BHD, 10 poli);

6) IC5, IC8 = zoccoli per TDA1541 (28 poli);

7) IC20, IC21 = zoccoli per AF7102 (Preci-dip 801, 6 poli);

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bandAlex
14/11/2020, 11:11bandAlex
K1, K2
Connettori di alimentazione e tasto di accensione. Il connettore K2 serve a collegare la scheda alla presa di rete a 240V. Il connettore K1 invece serve per collegare un interruttore di accensione. Se l'interruttore non viene usato, K1 deve essere cortocircuitato (come si vede nella foto). In tal caso, il condensatore C17 non è necessario.

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K4
Il connettore K4 è l'uscita audio analogica. Il livello di segnale è quello standard di 2V RMS, mentre l'impedenza di uscita è di 100 ohm. A questo connettore va collegata una piattina a 4 poli, con le due masse di segnale al centro, come si vede nella foto. Tale piattina è collegata, al capo opposto, ai connettori RCA di uscita del dac (canale sinistro e destro).

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K5
Il connettore K5 è l'ingresso audio digitale. La pedinatura è riportata direttamente sulla pcb, come è visibile in foto. Il pin n. 1 è quello in alto a destra, corrispondente all'uscita +5V.

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Nella tabella è riportata la funzione di ciascun pin. E' stato utilizzato un connettore su due righe in modo che sulla piattina collegata, a ciascun segnale dell'I2S, sia affiancato il GND. Ciò ottimizza la trasmissione, minimizzando le interferenze tra un segnale e l'altro. I segnali I2S sono evidenziati con colore verde.

Il connettore K5 è pensato per essere collegato direttamente ad una scheda PCM6432, ma chi vuole usare la scheda HDAC+ da sola, senza altre schede, può usare il K5 con una piattina (con connettore IDC a 10 poli) per collegare il dac ad una sorgente digitale I2S. L'ingresso è compatibile con qualunque I2S (sia 3.3V che 5V) fino ad un massimo di 6MHz sul BCK, che per un segnale a 64*fs significa un massimo di 96kHz di frequenza di campionamento.

L'uscita di alimentazione a +5V può essere usata per alimentare la sorgente collegata (ad esempio una scheda USB), con un assorbimento massimo di 500 mA.

L'ingresso OK di consenso serve a comunicare alla scheda HDAC+ che il segnale digitale in ingresso è valido, ovvero che il WCK è compreso tra 44.1kHz e 192kHz. Tale intervallo di validità presuppone che all'HDAC+ sia collegata la scheda PCM6432. Se l'ingresso OK è a livello logico zero (ovvero a massa), il relè blocca l'uscita audio analogica, per evitare che del rumore casuale possa raggiungere il resto della catena d'ascolto. Se l'ingresso OK è a livello logico alto (+5V) allora il relè si apre, consentendo al segnale analogico di uscire dalla scheda. Se si utilizza la HDAC+ da sola, tale ingresso va collegato direttamente al pin +5V.

HDAC+ è pensato per funzionare in varie configurazioni: scheda HDAC+ da sola, scheda HDAC+ e PCM6432, scheda HDAC+ e PCM6432 e scheda DISPLAY. Ciascuna situazione richiede una configurazione particolare della scheda HDAC+. Lo vediamo nei post successivi.
bandAlex
22/11/2020, 13:01bandAlex
La scheda HDAC+ può funzionare con uno o due TDA1541. Ma ci sono delle condizioni. Nella tabella seguente si vedono le combinazioni possibili con le loro funzionalità.

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Dalla tabella si vede, ad esempio, che la scheda HDAC+ da sola può gestire un solo TDA1541, e di conseguenza non si avrà la "time shift interpolation". Aggiungendo la PCM6432 si possono usare due TDA1541.

Sulla scheda andranno semplicemente impostati i jumper SJ1, SJ2, SJ3 e SJ4 in base al numero di TDA1541 presenti: jumper aperti con un solo TDA1541, chiusi (con un punto di saldatura) se sono installati due TDA1541.

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La scheda HDAC+ viene fornita con tutti i componenti SMD già saldati, e con i connettori (da saldare), più una coppia di moduli AF7102. A chi la riceve rimangono quindi da saldare tutti i componenti a foro passante, e i connettori forniti. Inoltre, si può avere la scheda già completamente assemblata e pronta per il funzionamento.

La part list è suddivisa per tipo di componentistica (SMD/TH) ed è la seguente:

COMPONENTI A FORO PASSANTE
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COMPONENTI SMD
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Questo è il link per caricare i componenti TH nel carrello Mouser:
https://www.mouser.it/ProjectManager/ProjectDetail.aspx?AccessID=7c657719ce

Chiunque fosse interessato ad una scheda HDAC+ (sia da assemblare che completa) può contattarmi in privato. La scheda è disponibile solo per gli iscritti al Giardino Elettronico.

Nei post successivi vedremo la scheda PCM6432 e poi la scheda DISPLAY.

Ultima modifica di bandAlex il 3/12/2020, 18:01 - modificato 2 volte.
bandAlex
25/11/2020, 20:56bandAlex
Aggiornato il carrello Mouser per la main board HDAC+: eliminate le resistenze da 180 ohm che in realtà non servono (sono quelle da 150 ohm), e corretta la quantità dello zener da 5.1V 5W (ne servono due, non uno). Grazie b.veneri per la segnalazione. wink
bandAlex
3/12/2020, 18:03bandAlex
Aggiornato il carrello Mouser e la part list dei componenti a foro passante: i diodi D9-D16 sono degli UF4004, per sbaglio erano siglati come MBR1100G.
bandAlex
19/12/2020, 12:45bandAlex
SCHEDA PCM6432

Il TDA1541 accetta in ingresso il formato digitale I2S, che oggi è universalmente veicolato su un frame a 32 bit. Questo significa che, a prescindere della profondità di bit con cui è registrato il brano (16, 24 o 32) per ogni canale audio sono previsti sempre 32 bit, ed essendo l'I2S un flusso stereo, si hanno quindi in totale 64 bit per ciascun campione. Per un flusso in standard CD, ovvero a 44.1-kHz, dal momento che i campioni sono 44100 al secondo, si ha una frequenza di bit clock (ovvero la velocità con cui vengono elaborati i bit) di 64 * 44100 = 2.822.400, ovvero 2.8-MHz.

Il limite massimo che può accettare in ingresso il TDA1541 sul bit clock è di 6.1-MHz. Da cui discende il fatto che, con un flusso I2S standard con frame a 32 bit, tale dac può accettare una frequenza di campionamento non più alta di 96-kHz.

Per abbattere questo limite, e far lavorare il TDA1541 fino a 192-kHz, entra in gioco la scheda PCM6432. Tale scheda infatti trasforma il flusso I2S standard a 64 bit in un flusso a 32 bit (da cui deriva il nome stesso della scheda). La scheda non altera minimamente la qualità del flusso, in quanto essendo il TDA1541 un dac a 16 bit, i bit eccedenti il sedicesimo sarebbero comunque del tutto ignorati.

L'uso della PCM6432 presenta due vantaggi: il primo è quello di poter raggiungere i 192-kHz, che poi è l'obiettivo principale; il secondo è quello di eliminare i bit eccedenti che per il dac rappresentano solo del rumore, rendendo il flusso meno impattante in termini di disturbi generati all'interno del dac.

HDAC+ thread ufficiale 50736026267_7291126145_o_d

La scheda presenta 3 connettori lato componenti, e un connettore sul lato opposto.

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Il connettore sul lato opposto serve per agganciare la scheda direttamente alla mainboard HDAC+, senza l'utilizzo di cavi. Ciò rappresenta un vantaggio sia per l'assemblatore che dal punto di vista elettrico.

La PCM6432 non si limita a rendere compatibile il TDA1541 con i 192-kHz, ma fa anche da selettore per due ingressi digitali, per aumentare la versatilità dell'HDAC+. Ai due ingressi si possono collegare due sorgenti digitali diverse, ad esempio una USB e una SPDIF. La commutazione tra i due ingressi viene comandata tramite alcuni pin sul connettore K5.

Nel prossimo post esaminiamo in dettaglio le connessioni della scheda.
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