Доработка звуковой карты ESI Waveterminal 192X.
Проблема и задача
Год назад я купил эту плату, поскольку, как мне
показалось, у нее оптимальное соотношение между качеством и ценой. Мне нужна
была плата поддерживающая режим 192/24 как на выход, так и на вход. Эта плата
показала очень хорошие параметры при умеренной цене в 250$.
За время эксплуатации были выявлены несколько недостатков, которые можно
устранить в рамках имеющейся конструкции. Практически этих претензий три:
1. Наличие помех при оцифровке сигнала и особенно больших в зазвуковом
диапазоне.
2. Не достигнуты предельные параметры АЦП по искажениям и шумам.
3. Достаточно посредственное качество аналоговых выходов.
После года эксплуатации я пришел, окончательно, к двум
направлениям применения платы: оцифровка музыки и проведение измерений.
Первая часть решения
Сам я не решался начать доработки этой платы, но большое спасибо Агаркову Виктору, которы разобрался с причинами появления помех и способами их устранения. Я практически полностью повторил его путь, хорошо задокументированный в его статье "Доработка входных цепей WT 192X". Я не буду повторять описание работ, поскольку Виктор очень хорошо описал все этапы работ. Я только расскажу, что я сделал не так.
Сначала я, как и рекомендовал Виктор поставил дроссели в питание. Это дало очень хороший эффект. Результат можно увидеть на спектрограмме (57КБ). Серым цветом показан спектр помех до переделки, черным после. Я применил стандартные дроссели ДМ 0,2 40мкГн и ДМ 0,4 20мкГн для питания операционных усилителей и стабилизатора соответственно. Первые два, вместе с резисторами я поставил на самой плате около PCI разъема, а второй одной ногой подпаял на вход стабилизатора и бросил воздушку проводом МГТФ. Для защиты поместил выводы в термоусадку.
Плата, доставшаяся мне, оказалась не совсем такая, как у Виктора. Наверно это некая модификация. В ней увеличены емкости конденсаторов питания и стоят другие операционные усилители. TL082C, указанные у Виктора, на моей плате стоят только в первом каскаде на выходе ЦАП, все остальные ОУ, включая входы NJM4580. Эти усилители заметно лучше TL082, но имеют биполярный вход. Я решил их оставить на втором и третьем каналах ЦАП, а в АЦП и на первый канал ЦАП поставть более качественные ОУ OPA2134. Мне они показались несколько лучше, использованных Виктором, OPA2227.
Вторая часть
Анализ схемы показал, что в АЦП сначала балансный сигнал
превращается в небалансный, а потом наоборот. С точки зрения неизвестного
применения это правильно. Но для выполнения оцифровок музыки это неправильно.
Надо применить другое решение, не задействуя три ОУ в тракте. С другой стороны,
при проведении измерений, имеющееся решение оптимально. В итоге, я решил
реализовать оба способа и иметь возможность перехода между ними.
Для решения задачи были взяты из загашников два
симметризирующих трансформатора Sowter 3775 и куплены
два гнезда стерео джека 6,3мм (таких же как на плате), два переключателя,
двухсторонняя макетная плата и разъем для платы расширения под впайку. Разъем
используется только как механический установочный элемент. Сигналы через него не
передаются. Новая плата поставлена как Add-On (Фото
1). Выключатели и входы выведены на улицу. Для этого сделаны четыре отверстия в
металлической пластинке, закрывающей щель для платы. Трансформаторы выглядят как
два металлических бочоночка посередине новой платы. Схема дополнительных входов
и коммутатора представлена ниже. Оба канала собираются по одной схеме.
Теперь какие сигналы откуда брать. Контакт 1 "AGND" - аналоговая земля взят с минусового вывода конденсатора фильтра +2.5В, соответственно контакт 2 "+2.5V" с плюсового вывода этого же конденсатора. Он стоит в верхней части платы около ОУ. Его легко вычислить тестером относительно контактов 3 и 5 ОУ, ближнего к АЦП. Если посмотреть на схему входов в статье Виктора, то видно, что сигналы с выходов ОУ подаются на ограничители на диодах. Эти ограничители нам нужны и для случая применения трансформатора на входе. Что бы ввести коммутацию входов надо сделать доработки на печатной плате. Все восемь диодов стоят слева от АЦП. Разводка под ними хорошо видна. Для каждого из четырех входов АЦП пара диодов стоит вместе. Тестером легко вычислить какие диоды относятся к какому входу. От каждой пары диодов отходит проводок влево к ОУ и забегает в переходное отверстие. Соответственно, надо перерезать четыре дорожки и зачистить лак над четырьмя переходными отверстиями. От переходных отверстий взяты проводки на контакты 3 и 4, а проводки от контактов 5 и 6 подпаяны к диодам. Эти восемь проводков хорошо видны на фото 2.
Фото 1
Фото 2
Фото 3
Остался последний пункт доработки АЦП, сделать отдельный стабилизатор +5В для аналоговой части АЦП. Я решил, что негоже питать столь хороший АЦП от обычного стабилизатора 7805 и решил сделать параллельный стабилизатор. Стабилизатор собран по следующей схеме справа на новой плате. Как встраивать этот стабилизатор хорошо описано в статье у Виктора.
Третья часть.
Для снижения наводок внутри корпуса компьютера было решено сделать экран для аналоговой части платы. Экран я сделал из жести. Расположение и форма экрана видны на фото 4-6.
Фото 4
Фото 5
Фото 6
Установка экрана позволила еще снизить уровень помех в тракте
АЦП.
Итоговая спектрограмма по левому каналу при частоте дискретизации 44.1кГц,
разрядности в 24 бит и длительности окна в 10 секунд представлена ниже.
Сравнение спектра шумов с трансформатором и с закороченным свободным входом АЦП
показал их идентичность, за исключением нескольких периодических помех,
попадающих в трансформатор или соединительные провода.
Частотное расположение самой большой помехи (около 13кГц и -130дБ) до конца не
понятно. Она зависит от времени и, похоже, пропадает при подаче сигнала. Про это
уже писал Виктор. Некая периодичность в спектре шумов обусловлена работой
собственно микросхемы АЦП. Рост шумов выше 10кГц вызван ростом выходного
индуктивного сопротивления трансформатора. Интересно, что если замкнуть вход
трансформатора, то на получившеюся петлю наводится 50Гц (с гармониками) с
уровнем от -120дБ.
Результат.
Я считаю проделанную работу удачной. Плата стала отвечать моим требованиям по качеству АЦП как для измерительных целей, так и для музыкальных оцифровок. Немного подросло качество ЦАП за счет замены ОУ. Однако технические параметры ЦАП не изменились, только на слух улучшилось разрешение, но это можно отнести на счет чистки питания. Трансформатор так же показал весьма неплохие объективные показатели. Если при уровне в 0дБ уровень гармонических искажений достигает 0.03%, то при уровнях ниже 10дБ искажения трансформатора становятся ниже искажений ЦАП-а.
_________________________________________________________