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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : AD-Wandler PCM4220 DIY



rkv
07.10.2016, 23:24
Guten Abend,

ich möchte Euch mein nächstes Projekt vorstellen.
Die ganze Geschichte begann mit der Frage, wie bekomme ich, nachdem der AVR das Signal DTS-Dolby-sonstwas dekodiert hat nun am besten in einen DSP. Gut, der AVR stellt einen Preout für die Fronts zur Verfügung, aber eben analog. Nun sind bei den meisten DSP-Lösungen (ADAU1701-Variationen, DCX2496 etc.) na sagen wir mal suboptimal. Also war klar, ein AD-Wandler muss her. Da ich zudem gelegentlich im Live-Recoding unterwegs bin, schadet es sicher nicht, einen guten AD-Wandler zu haben. :thumbup: Also, frisch ans Werk!

Folgende Eigenschaften hat der AD-Wandler:
Wandler-Chip
Da es von Anfang an klar war, dass dies kein 19,95Eur-Gerät wird, habe ich hier einfach mal in die obere Preisklasse bei TI gegriffen und den PCM4220 genommen. Der Unterschied zum PCM4222 ist lediglich das Fehlen einer DSD-Schnittstelle.

Doppel-Mono-Konfiguration
PCM4220 ist eigentlich ein Stereo-ADC. Ich verwende zwei Chips, und jeder Chip wandelt mit beiden Kanälen nur einen Eingangskanal. Das gibt nochmals mehr Rausch-Abstand.

Vollsymmetrische OpAmps
In den Eingangsfiltern/Puffern sind vollsymmetrsiche OpAmps von TI verbaut.

Ausgänge
Folgende Ausgänge stehen parallel zur Verfügung:
S/P-DIF via Cinch, S/P-DIF via Toslink, AES3 via XLR.

FPGA
Auf der Platine ist ein Spartan6 verbaut. Zurzeit hat der nur die Aufgabe, die ADC-Streams entsprechend zu summieren und nach S/P-DIF bzw. AES3 zu enkodieren. Dafür ist der Spartan6 sicherlich etwas überdimensioniert, aber es bleibt so noch Platz später noch evtl. eine Abtastratenwandlung einzubauen (die PCM4420 wandlen derzeit mit 96kHz) und eine Wordclock-PLL einzubauen (BNC-Buchse dafür ist schon vorhanden). Zudem habe ich den FPGA in anderen Projekten im Einsatz. Muß daher mich nicht noch mit Lattice oder Altera-Software auseinandersetzen.

Spannungsversorgung
Da ich ungern mit 230V hantiere, reicht ein DC-Steckernetzteil, um die Platine zu versorgen. Ein Schaltregler macht daraus eine symmetrische Spannungsversorgung und mehrere lineare Regler stellen schließlich alle benötigten Spannungen zur Verfügung. Diese Art der Versorgung habe ich schon bei einem Mikrofonvorverstärker erfolgreich eingesetzt.

DIY-freundlich
Auf der Platine sind keine komplizierten Bauteile eingesetzt. Zwar handelt es sich um viele SMDs, dennoch ist das mit einem kleinen Elektroniklötkolben mit Bleistiftspitze problemlos machbar. Ich habe so etwas schon erfolgreich mit der Weller WHS40 gemacht, bevor ich mir für ähnlich wenig Geld eine Heißluft-Lötstation zugelegt habe.
Aber wie gesagt, da keine BGAs oder sonstige, haarige Bauteile vorhanden sind, geht das auch mit einem Lötkolben.
Zudem ist die DIY-Freundlichkeit ein weitere Grund für den Verzicht auf Netzspannungsarbeiten.

Ein Bild der 200mm x 100mm großen Platine habe ich als Vorschau schonmal angehängt. Leider war ich zu faul, 3D-Modelle für die selbstangelegten Footprints einzubinden, vielleicht mache ich das noch.
Zurzeit bereite ich die Produktionsdaten für den Platinenhersteller vor. Die meisten Bauteile habe ich schon hier auf dem Tisch. Geplant ist, das Ding bis Weihnachten fertig zu haben.

Euch allen einen schönen Abend,

Raphael

Yogibär
07.10.2016, 23:33
Hallo Raphael,

Das sieht doch schon perfekt aus.
Hast Du schon vorläufige Daten, was Du an SNR erwartest?
Auflösung 24Bit? Etc

Viele Grüsse

Thomas

PS: wenn ich einen Wunsch frei hätte, dann es wäre es eine I2S Schnittstelle.

rkv
07.10.2016, 23:41
Ja 24bit.
TI behauptet 123dB SNR A-gewichtet für das Referenzdesign, an das ich mich weitesgehend gehalten habe, das Parallelschalten der ADCs würde theoretisch nochmal 3dB bringen. Ob man das im wahren Leben dann erreicht, kann man nur durch eine Messung am Objekt letztendlich rausfinden.

Bei I2S wüßte ich nicht, wie die physikalisch aussehen sollte. Hast Du da ein Beispiel? Ich glaube PS Audio hat sowas als HDMI Stecker, habe das aber auch schon als Sub-D mit koaxialen Einsätzen gesehen. Es scheint keinen wirklichen Standard zu geben.

Raphael

Yogibär
08.10.2016, 00:53
Hi Raphael,

I2S ist eine 4-Draht Audiodatenschnittstelle mit den Bezeichnungen:
MCLK Masterclock
BCLK Bit Clock
LRCLK left/right Clock
SDI serial data
I2S verbindet DSPs und andere hochperformante Funktionsbausteine. Ein Gerät muss Master das andere Slave sein.
Einen standardisierten Stecker gibt es dafür nicht. Als Leitung wird Flachbandkabel empfohlen, max. 20 cm ohne Line Treiber.

Gruss

Thomas

rkv
08.10.2016, 12:14
Thomas,

der Aufbau des I2S-Bus war mir schon klar. ;) Es ging lediglich um den physikalischen Stecker. Habe jetzt einfach eine Stiftleiste am FPGA angeschlossen, bei der via Flachbandkabel die entsprechenden Signal abgegriffen werden können. Pinout orientiert sich an der I2S-Expansion vom freeDSP. Für andere Geräte müßte das Pinout dann entsprechend angepasst werden. :rtfm: Hier wird man wohl keinen Standard finden.

Raphael

BiGKahuunaBob
08.10.2016, 12:20
Hi Raphael,

super Sache, sehr interessant! Ich hatte ja im anderen Thread geschrieben, dass ich mit einem Bekannten (also eher er :rolleyes: ) auch einen DSP-Weiche baue, die nur analoge Eingänge hat, dafür aber dann vier Stück (Heimkino).

Den PCM4220 hatten wir uns auch angesehen, ist im Grunde ja das Flagschiff von TI was (Audio) AD angeht. Da wir aber wie gesagt 4 Kanäle brauchen, ist momentan der PCM4204 geplant.

Im Studiobereich wird meist AKM und Cirrus/Ex-Wolfson verwendet, die noch einen Tacken besser als TI sind... ich hatte mal alle Datenblätten dazu durchwühlt und mir die THD+N Angaben für 96 kHz angesehen, da die für die nachfolgende DSP-Bearbeitung relevant sind:

TI PCM4204 (4-Kanäle, ca 15 €/ Stk., -103 dB THD+N, 118 dB SNR-A)
TI PCM4220 (2-Kanäle, ca 17 €/ Stk., -108 dB THD+N, 123 dB SNR-A)
AKM AK5397EQ (2-Kanäle, ca 24 €/ Stk., -107 dB THD+N, 127 dB SNR-A)
AKM AK5388AEQ (4-Kanäle, ca 10 €/ Stk., -107 dB THD+N, 120 dB SNR-A)
AKM AK5394AVS (2-Kanäle, ca 23 €/ Stk., -110 dB THD+N, 123 dB SNR-A)
Cirrus CS5381 (2-Kanäle, ca 26 €/ Stk., -110 dB THD+N, 120 dB SNR-A)

Die Performance hängt aber größtenteils von der analogen Eingangsstufe ab, da kann man sich an den Eva-Boards orientieren :cool:

rkv
08.10.2016, 12:33
Hallo BiGKahuunaBob,

bei AKM stellt sich nur das Problem, dass man da nicht an Kleinmengen rankommt. In der Firma verwenden wir auch AKM, kaufen da aber gleich 1000er Loszahlen. :p
Den Cirrus habe ich schonmal im Mikrofonvorverstärker verbastelt, oder besser gesagt, ich wollte ihn verbasteln, war aber über Monate nicht lieferbar. *grummel* Es ist dann bei analogen Ausgängen geblieben.
PCM4204 habe ich schon in einem 8-Kanal ADC verbaut. Kann nicht über den Chip klagen. :) Die TDM-Option ist sehr praktisch.

Raphael

BiGKahuunaBob
08.10.2016, 12:44
bei AKM stellt sich nur das Problem, dass man da nicht an Kleinmengen rankommt. In der Firma verwenden wir auch AKM, kaufen da aber gleich 1000er Loszahlen. :pl

Kann man bei digikey scheinbar auch einzeln kaufen, habe ich selbst aber noch nicht getan: http://www.digikey.de/product-detail/de/akm-semiconductor-inc/AK5394AVS/974-1038-1-ND/2333419

Der AKM AK5394AVS und Cirrus CS5381 sind in hochpreisigstem Studioequipment verbaut.

Von ESS gabs auch mal ADCs, aber ich glaube die sind nicht mehr verfügbar, hatten auf dem Papier noch bessere Werte: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/485880/ESS/ES9102.html

rkv
08.10.2016, 13:06
Ui, da ist neu, dass digikey AKM im Portofolio hat. Wusste ich gar nicht. Daher habe ich AKM in den letzten Jahren nie für meine Basteleien zu Hause in Erwägung gezogen.

Wenn ich das richtig in Erinnerung habe, hat der ES9102 niemals so wirklich das Licht der Welt erblickt. Er war lange angekündigt und ist dann klammheimlich verschwunden.

Allerdings glaube ich, dass in der Liga, über die wir gerade reden, es eigentlich Wurscht ist, über ein oder zwei dB beim ADC zu diskutieren, die Frage ist, kommt man mit der analogen Stufe überhaupt in die SNR/THD-Bereiche des ADCs. :p

Yogibär
08.10.2016, 13:27
Hallo,

Das glaube ich auch. Die Anpassung der Stufen ist in diesem Bereich viel entscheidender.

Gruss

Thomas

BiGKahuunaBob
08.10.2016, 13:44
Wenn ich das richtig in Erinnerung habe, hat der ES9102 niemals so wirklich das Licht der Welt erblickt. Er war lange angekündigt und ist dann klammheimlich verschwunden.

Ich habe nur einen ADC gefunden wo der ESS scheinbar verbaut wurde:
http://www.m2tech.biz/it/joplin.html
http://www.m2tech.biz/it/joplinmk2.html

Stereoplay und Audio erwähnte das:
http://www.m2tech.biz/public/pdf/Stereoplay_05_2013_Seite_60-61.pdf
http://www.connect.de/testbericht/m2tech-joplin-im-test-1455363.html




Allerdings glaube ich, dass in der Liga, über die wir gerade reden, es eigentlich Wurscht ist, über ein oder zwei dB beim ADC zu diskutieren, die Frage ist, kommt man mit der analogen Stufe überhaupt in die SNR/THD-Bereiche des ADCs. :p

Ja klar, ich glaube, das hier so die Grenze was man mit sinnvollem Aufwand erreichen kann (Instrumentenverstärker und Cirrus DAC-IC)
http://lake-people.de/produktdetails-de/adc_rs_04.html

Sorry fürs OT :o

rkv
08.10.2016, 18:04
Bleiben wir noch ein wenig beim OT: Hast Du noch mehr Beispiele, wo der CS5381 verbaut worden ist?

Hintergrund der Frage: In irgendeinem Zeitschriftenartikel über das Studio-Zeugs steht dann etwas von "hochwertige AKM/BurrBrown/Cirrus/sontwas-Wandler" und wenn man das Gerät dann selber auf dem Tisch hat und aufschraubt, steht da zwar tatsächlich dieser Hersteller drauf, anhand der Typennummer findet man dann aber heraus, dass es sich eher um die Mittelklasse wie bei den üblichen HiFi-Sachen handelt. Bedeutet im Umkehrschluß, dass selbst die Mittelklasse schon gute Qualität liefert und dass ein ADC nicht per se Spitzenklasse ist, nur weil er im Studiobereich verbaut wird. Die Bauteile einer Leistungsklasse verschiedener Hersteller tun sich da ja nun nicht soviel. Vielmehr spielen m.E. oftmals andere Dinge wie "wir haben immer AKM eingesetzt, warum sollten wir jetzt zu TI wechseln" ein Rolle.
Ich bin der Meinung, ich hätte ebensogut den Cirrus nehmen können, glaube aber nicht, dass das Gerät dann irgendetwas besser oder schlechter machen würde. :D:D:D

BiGKahuunaBob
08.10.2016, 19:07
Bleiben wir noch ein wenig beim OT: Hast Du noch mehr Beispiele, wo der CS5381 verbaut worden ist?


Ein paar, ja:

Apogee AD-16X
LYNX Studio Aurora, Hilo ...
Prismsound Orpheus, ADA8 ...
Forsell MADC-2, ...
Lake People F444, RS04, ...

Ich hatte jetzt aber nicht alle Geräte auf dem Tisch um Typen-Nr zu überprüfen...

Und ein DIY Projekt: http://www.beis.de/Elektronik/ADDA24QS/AD24QS.html

rkv
08.10.2016, 20:14
Ha, da bin ich ja in guter Gesellschaft mit meinem ADC. :joke: