Цифро-аналоговый конвертор TchernovAudio Apollo

20.11.2019 Возврат к списку Просмотрено: 199 раз
TchernovAudio Apollo - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) на основе многоуровневых дельта-сигма (ДС) ИС ЦАП третьего поколения (производства Asahi Kasei Microdevices). Для достижения максимального качества звуковоспроизведения, устройство реализовано в конфигурации «двойное моно», с использованием высококлассных компонентов и оригинальных схемотехнических и конструктивных решений на основе обширного опыта создания как звуковых устройств, так и специализированных метрологических систем. Устройство предназначено для приема цифровых звуковых потоков по стандартным аудио интерфейсам S/PDIF (RCA) и AES/EBU (XLR) в подключениях к классическим CD/SACD транспортам, а также в подключениях по высокоскоростному каналу USB Audio 2.0 к различным типам компьютерных источников Hi-Res Audio: транспортам цифровых файлов, сетевым плеерам, рендерерам и тд.

Аудио ЦАП Apollo обладает широчайшим динамическим диапазоном (145 дБ и выше) и, по нашему мнению, обеспечивает наивысшую музыкальную достоверность звуковоспроизведения среди доступных на мировом рынке аналогичных устройств.




Основные конструктивные особенности:

• «Функциональная цифроаналоговая платформа» FDAP (Functional Digital & Analog Platform) определяет общую концепцию реализации устройства. Разработка TchernovAudio.
• Топология INIMOL (Intrinsic Noise Immunity Module Layout) оптимизирует сигнальный тракт: определяет взаиморасположение основных модулей и узлов Apollo с точки зрения снижения наводимых и излучаемых помех, а также повышает защиту от электромагнитных и вибрационных воздействий. Разработка TchernovAudio.
• Двухчастотный модуль тактирования на основе кварцевых генераторов на пластинах специального среза со сверхмалым низкочастотным фазовым шумом и средствами высокоэффективного поглощения вибрационного и акустического воздействия на резонаторы. Разработка TchernovAudio.
• Высококачественные многослойные печатные платы на фольгированном материале (2.5 мм) с увеличенной толщиной дорожек (70 мкм), антистатической маской и иммерсионным золочением контактных площадок.
• Источник питания высокой энерговооруженности на основе заказных силовых трансформаторов с малой индукцией в магнитопроводах и малым пикфактором тока намагничивания для снижения потерь и полей рассеяния. Выпрямители на карбидокремниевых (SIC) истинных диодах Шоттки третьего поколения. Индивидуальные фильтры высокочастотных помех для каждого трансформатора.
• Статическая система индикации и управления режимами работы ЦАП, не создающая помех для сигнальных цифровых и аналоговых цепей.
• 4 переключаемых цифровых фильтров с различными характеристиками затухания и групповой задержки. Цифровая инверсия фазы выходного сигнала.
• Прямое преобразование DSD потока в аналоговый сигнал без дополнительной обработки и конвертации в PCM.
• В ЦАП реализован оригинальный программно-аппаратный комплекс мер определения и подавления переходных процессов (щелчков) при работе с DSD потоком при одновременной работе микросхем ЦАП в режиме максимального качества DSD-воспроизведения "volume bypass".
• 2 независимых эквивалентных и гальванически развязанных входа USB Audio 2.0.
• Отключаемый выход сигнала тактирования для источника цифрового потока Wordclock / Masterclock (BNC).
• Корпус оригинальной конструкции из фрезерованных дюралюминиевых самофиксирующихся элементов с усиленной виброзащитой.

Основные направления модернизации:

1. Создана и внедрена собственная «Функциональная цифро-аналоговая платформа» FDAP (Functional Digital & Analog Platform). Она формирует общую концепцию реализации устройства.
2. Конструкция корпуса и сигнальный тракт переработаны в рамках топологии INIMOL (Intrinsic Noise Immunity Module Layout), определяющей оптимальное взаиморасположение основных модулей и узлов Apollo с точки зрения снижения наводимых и излучаемых помех, а также защиты от вибрационных воздействий.
3. Применены многоуровневые дельта-сигма (ДС) ИС ЦАП третьего поколения производства Asahi Kasei Microdevices с расширенным динамическим диапазоном и пониженным уровнем помех.
4. Разработан собственный тактовый генератор TchernovAudio с пониженным уровнем спектральной плотности фазового шума на малых отстройках.
5. Реализована полностью статическая система индикации и управления режимами работы устройства, принципиально не создающая некоррелированных помех.
6. Спроектирована единая основная плата ЦАП.
7. Модернизированы платы и алгоритм работы интерфейсов.
8. Расширены функциональные и коммутационные возможности: два независимых эквивалентных и гальванически развязанных входа USB Audio 2.0, один вход S/PDIF (RCA), один AES/EBU, переключаемый выход Wordclock / Masterclock (BNC).
9. Оптимизирована схемотехника и увеличена энерговооруженность источника питания.
10. Улучшена система фильтрации сетевых помех.
11. Перепроектирована схема формирования балансного аналогового выходного сигнала XLR.
12. Разработана новая оригинальная конструкция корпуса из фрезерованных дюралюминиевых самофиксирующихся элементов с усиленной виброзащитой.





Форматы и интерфейсы:

ЦАП Apollo - полностью законченное изделие, позволяющее принимать, коммутировать и преобразовывать в аналоговую форму цифровой поток данных от любого современного компьютерного источника звука.
Наличие 2 независимых USB входов дает возможность работы устройства одновременно с разными компьютерами без переинициализации входов и связанных с этим задержек и помех. USB входы полностью равнозначны как логически, так и физически, и гальванически развязаны как друг от друга, так и от остальной схемы ЦАП. Это исключает взаимные помехи и вызываемые ими ошибки передачи данных.
ЦАП Apollo рассчитан на прием цифровых потоков данных в двух основных форматах: USB Audio 2.0 и AES. Формат AES реализован в двух физических интерфейсах: AES/EBU x 1 (XLR), SPDIF x 1 (RCA).
Входы формата AES обеспечивают прием PCM потока с разрядностью до 24 бит при частоте дискретизации до 192 кГц.
Входы USB поддерживают прием PCM потока с разрядностью до 32 бит при частоте дискретизации до 384 кГц и потоков DSD64, DSD128 и DSD256.
Входные интерфейсные модули обеспечивают гальваническую развязку входных сигналов от элементов схемы и вторичную синхронизацию потока данных от сверхмалошумящего главного тактового генератора модуля ЦАП с уровнем джиттера менее 60 фс. С целью снижения влияния внешних помех, уменьшения уровня собственного радиоизлучения и повышения виброзащиты тактовый генератор помещен в цельнофрезерованный металлический корпус-экран с внутренним вибропоглощающим заполнением.
Отключаемый выход сигнала тактирования для источника цифрового потока Wordclock / Masterclock x 1 (BNC) выдает сигналы частотой 256*Fs либо 1*Fs и служит для синхронизации внешних источников тактовым сигналом ЦАП.
Аналоговые стерео выходы: XLR x 1; RCA x 1 способны работать на сопротивление нагрузки 600 Ом при пренебрежимо малом уровне собственных искажений буферных каскадов.

Цифровые фильтры:

Цифровая обработка принимаемого аудиопотока реализует инверсию аудиосигнала (абсолютная фаза 0 или 180 градусов) и 4 различных типа цифровой фильтрации:
Filter1 - стандартная АЧХ фильтра с максимальным коэффициентом прямоугольности, максимальным затуханием в полосе подавления и минимальной неравномерностью в полосе пропускания.
Filter2 - АЧХ фильтра с уменьшенной крутизной спада и, соответственно, меньшим коэффициентом прямоугольности, но с несколько большим затуханием в полосе подавления и беспульсационной формой в полосе пропускания.
Filter3 - АЧХ фильтра с максимальным коэффициентом прямоугольности при уменьшенном ГВЗ.
Filter4 - АЧХ фильтра с уменьшенной крутизной спада и, соответственно, меньшим коэффициентом прямоугольности, при уменьшенном ГВЗ.

Функциональная цифроаналоговая платформа FDAP

Основой, определяющей общую концепцию реализации аудио ЦАП Apollo, является разработанная специалистами TchernovAudio собственная уникальная «Функциональная цифроаналоговая платформа» FDAP (Functional Digital & Analog Platform).
Известно, что динамический диапазон и уровень искажений дельта-сигма (ДС) ЦАП сильно зависят от качества тактового сигнала: кратковременной стабильности и низкочастотного фазового шума в точке цифроаналогового преобразования, а также качества питания узлов преобразователя: уровня шума и помех, величины и частной зависимости внутреннего сопротивления источников питания.
Для предельно точного цифроаналогового преобразования нами была разработана и реализована специальная схемотехника источников питания, цепей генерации и распределения тактового сигнала, аналоговых цепей выходных сигналов ИС ЦАП, а также особая топология печатных плат. Схемотехнические и конструктивные решения, обеспечивающие указанные приоритетные параметры, легли в основу «Функциональной цифроаналоговой платформы» FDAP.

Платформа FDAP реализует следующие основные принципы:

1. Широкий динамический диапазон и высокая линейность преобразования, в том числе для сигналов малых уровней.
2. Высокостабильное и малошумящее питание ИС ЦАП с оптимальными величинами питающих и опорных напряжений.
3. Прецизионное тактирование процесса цифроаналогового преобразования.
4. Низкий фазовый шум и узкий спектр тактового сигнала в точке цифроаналогового преобразования.
5. Равномерно спадающий спектр искажений цифроаналогового преобразователя.
6. Низкий уровень помех тактирования и преобразования в аналоговом сигнале.
7. Высокая помехозащищенность цифровых и аналоговых цепей от внешних ЭМП.

Принцип единого корпуса

ЦАП Apollo выполнен в едином корпусе как функционально законченное изделие. Обычно в дополнительные блоки выделяют либо источники питания, либо тактовые генераторы. Внешний блок питания предназначен для физического разнесения в пространстве трансформаторов, создающих относительно высокое внешнее поле, и сигнальных цепей, а также снижения воздействия вибрации трансформаторов на элементы схемы. Подобное решение имеет смысл лишь при использовании в целях экономии стандартных силовых трансформаторов.
В ЦАП Apollo применены заказные силовые трансформаторы с низким уровнем внешнего поля рассеяния, синусоидальной формой тока намагничивания и малой вибрацией. Все три силовых трансформатора помещены в экран из магнитомягкой стали и залиты вибропоглощающим кремнийорганическим компаундом. Уникальные свойства трансформаторов в сочетании с эффективным экранированием и виброзащитой позволили отказаться от бессмысленного и удорожающего изделие двух- и более корпусного варианта.
Внешний блок тактового генератора также считаем бессмысленным решением. На любую линию связи наводятся внешние аддитивные помехи, которые вместе с тактовым сигналом поступают на вход ИС ЦАП, где в результате амплитудно-фазовой конверсии преобразуются в мультипликативные, то есть действующие на фазовые параметры тактового сигнала, иными словами, увеличивающие джиттер. В ЦАП Apollo мы использовали двухчастотный сверхмалошумящий генератор, размещенный в непосредственной близости от ИС ЦАП и связанный с ними замкнутой микрополосковой согласованной линией в структуре многослойной печатной платы. Это позволяет практически полностью исключить влияние внешних помех на синхросигнал и подвести к ИС ЦАП такт с джиттером менее 50 - 60 фс.





Топология INIMOL

Элементы схемы ЦАП, интерфейсные модули, трансформаторы питания, системы индикации и управления размещаются в едином металлическом корпусе из самофиксирующихся элементов оригинальной конструкции, представляющим собой замкнутую экранирующую систему с высокой степенью защиты от электромагнитных и вибрационных воздействий. Взаимное расположение всех элементов и линий их связи рассчитано и выполнено таким образом, чтобы минимизировать длину внешних соединений, снизить взаимные помехи и обеспечить непересекающиеся пути цифровых, аналоговых и управляющих сигналов. Такая компоновка основных модулей и узлов ЦАП получила название INIMOL (Intrinsic Noise Immunity Module Layout).


Модуль ЦАП

Модуль ЦАП выполнен на основе ИС многоуровневых дельта-сигма (ДС) ЦАП Asahi Kasei Microdevices по схеме «двойное моно» (Dual Mono): для каждого канала используются раздельные независимые ИС ЦАП, восстанавливающие фильтры и источники питания.
Питание функциональных узлов цифровой части модуля ЦАП осуществляется от индивидуальных интегральных стабилизаторов с дополнительными LC-фильтрами для каждого элемента. Каждая ИС ЦАП питается от 5 независимых сверхмалошумящих дискретных стабилизаторов. Соотношение опорных напряжений и напряжений питания аналоговой части ИС ЦАП подобраны исходя из критерия минимизации уровня искажений и получения равномерно спадающего спектра их составляющих. Все ОУ фильтров, вычитателей, сумматоров и буферов питаются от раздельных дискретных стабилизаторов с высокой степенью подавления пульсаций, низким выходным сопротивлением, малым собственным шумом и апериодической переходной характеристикой.
Выходные сигналы ИС ЦАП проходят суммарно-разностную обработку с независимой предварительной фильтрацией ВЧ-составляющих и восстанавливаются фильтром Бесселя 4-го порядка.

Модуль тактирования

Для тактирования ИС ЦАП, интерфейсных модулей и формирования сигнала Wordclock нами разработан собственный двухчастотный тактовый генератор. Он вырабатывает основной сигнал синхронизации, кратный частоте 44.1кГц или 48 кГц со сверхмалым уровнем фазового шума при малых отстройках и крайне низкой кратковременной нестабильностью. В тактовом генераторе приняты меры по полному исключению условий возникновения интерференционного джиттера. Питание генератора осуществляется от индивидуальных дискретных стабилизаторов с ультранизким шумом и высокой стабильностью выходного напряжения. Для снижения воздействия помех непосредственно в цепях питания применены симметричные многоступенчатые фильтры. Схема генератора помещена в герметичный корпус-экран и залита вибропоглощающим компаундом. В генераторах использованы заказные резонаторы на основе кварцевых пластин специального среза, выращенных и изготовленных в России.


Электропитание

Питание ЦАП Apollo осуществляется от классического линейного источника с тремя раздельными заказными силовыми трансформаторами для обслуживания различных узлов ЦАП. Все трансформаторы с пониженной индукцией в магнитопроводе характеризуются предельно малыми потерями и синусоидальной формой тока намагничивания. Каждый силовой трансформатор подключается к сети электропитания через индивидуальный фильтр ВЧ-помех.
Выпрямители выполнены на карбидокремниевых (SiC) истинных диодах Шоттки 3-го поколения и снабжены цепями подавления нестационарных процессов в системе трансформатор-выпрямитель. Для ограничения экстратоков при подаче сетевого напряжения из-за зарядки конденсаторов фильтров питания применяется система плавного старта с ограничением пускового тока.
Источник питания ЦАП Apollo обладает высокой энерговооруженностью. Общая емкость конденсаторов фильтров всех выпрямителей составляет около 110000 мкФ.

Печатные платы

Все узлы ЦАП Apollo выполнены на многослойных печатных платах из высококачественного стеклотекстолита с нормированной по площади диэлектрической проницаемостью и дорожками увеличенной толщины (70 мкм) с иммерсионным золотым покрытием контактных площадок и переходов. На платы нанесена антистатическая маска. Топология проводников оптимизирована по критериям снижения электромагнитного излучения и наименьшей чувствительности к внешним наводкам. Все линии передачи цифровых данных рассчитаны и выполнены с минимальными внутренними отражениями и снабжены средствами поглощения отраженных сигналов. Линия передачи тактового сигнала реализована в виде согласованной микрополосковой линии в структуре многослойной печатной платы. Возвратные проводники и «земляные» цепи помещены в отдельном слое с использованием секторной топологии.
Мы используем печатные платы исключительно российского производства, поскольку они существенно превосходят по своим параметрам аналогичные по стоимости немецкие, швейцарские и американские аналоги.

Индикация и управление

В ЦАП Apollo используется полностью статическая система индикации и управления режимами работы, не создающая помех любых видов для аналоговых и цифровых сигнальных цепей.


Конструкция корпуса

Корпус ЦАП Apollo - вибропоглощающая и механически предельно прочная конструкция. При проектировании особое внимание было уделено обеспечению максимальных экранирующих свойств. Корпус собран из самофиксирующихся фрезерованных дюралюминиевых панелей с оптимальным расположением элементов жесткости, точек сопряжения и замковых пазов. После изготовления элементы корпуса подвергаются ультразвуковой дефектоскопии на отсутствие внутренних дефектов и трещин.
Конфигурация панелей и структура корпуса оптимизирована с учетом результатов компьютерного моделирования интерференционной картины звуковых волн, распространяющихся в элементах конструкции для различных частот.

Технические характеристики:

  • Цифровые входы
  • Балансный AES/EBU x1:
  • IEC60958/AES3 (XLR, 110 Ом), 44.1 – 192 кГц 16 – 24 разряда, ИКМ, 2 канала.
  • Коаксиальный S/PDIF x 1:
  • IEC60958/AES3 (RCA, 75 Ом), 44.1 – 192 кГц 16 – 24 разряда, ИКМ, 2 канала.
  • USB Audio 2.0 x 2:
  • 44.1 – 384 кГц 16 - 32 разряда, ИКМ, 2 канала.
  • 2.8224 МГц, 5.6448 МГц, 11.2896 МГц (DSD, 2 канала)
  • Аналоговые выходы
  • Балансный (XLR) х 1, 2 канала
  • Однофазный небалансный (RCA) х 1, 2 канала
  • Диапазон воспроизводимых частот на аналоговых выходах
  • При частоте дискретизации 44.1/48 кГц: 0 - 20000 Гц (-0.3 дБ)
  • При частоте дискретизации 88.2/96 кГц: 0 - 27000 Гц / 0 - 29000 Гц (-1.5дБ)
  • При частоте дискретизации 176.4/192 кГц: 0 - 45000 Гц / 0 - 49000 Гц (-3 дБ)
  • При частоте дискретизации 352.8/384 кГц: 0 - 52000 Гц / 0 - 54000 Гц (-3 дБ)
  • При воспроизведении сигнала DSD 64 (2,8224 МГц): 0 - 20000 Гц (-0.3 дБ)
  • При воспроизведении сигнала DSD 128 (5,6448 МГц): 0 - 30000 Гц (-2 дБ)
  • При воспроизведении сигнала DSD 256 (11,2896 МГц): 0 - 48000 Гц (-3 дБ)
  • Номинальное выходное напряжение
  • При цифровом сигнале полной шкалы (FSS): 2.1 V (среднеквадратическое)
  • Выходное сопротивление
  • Для однофазного выхода RCA 50±5 Ом (0 Гц - 500 кГц)
  • Для балансного выхода XLR (каждой линии) 50±5 Ом (0 Гц - 500 кГц)
  • Уровень нелинейных искажений
  • ИКМ, 24 разряда, сигнал полной шкалы ≤ -112 дБ
  • DSD, сигнал полной шкалы ≤ -112 дБ
  • Отношение сигнал/шум
  • (относительно сигнала полной шкалы): ≥ 119 дБ
  • Динамический диапазон преобразования
  • При уровне сигнала -60 dВ от полной шкалы ≥ 147 дБ
  • Тактовый генератор
  • Джиттер (RMS, низкочастотный) ≤ 55 фс
  • Долговременная стабильность ≤ 10 * 10-6
  • Питание
  • Сеть переменного тока
  • (в соответствии с региональными стандартами): (100/110/120/220/230/240) В (50/60/400) Гц
  • Потребляемая мощность ≤ 65 Вт
  • Масса и габариты
  • Масса нетто не более 20 кг
  • Ширина 450 мм
  • Высота 153 мм
  • Длина 420 мм
  • Комплектность
  • Цифроаналоговый преобразователь Apollo 1 шт
  • Кабель питания 1 шт
  • Тканевый чехол 1 шт
  • Руководство пользователя 1 шт