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Interface d'entrée numérique pour DSPiy et autre (Debug OK)

Message » 02 Jan 2013 18:36

Objectif initial : Rajouter une entrée SPDIF sous forme de add-on à la carte DSPiy

Problématique : Un simple récepteur SPDIF "classique" ne suffit pas. Sur une carte de traitement DSP, la fréquence de "traitement" des échantillons est en général fixée à la conception et dans tous les cas au moment de la définitions des paramètres et coefficients des traitement logiciels qui vont être appliqués aux échantillons.
Beaucoup d'unités de traitement DSP n'ont même pas d'entrées numérique et embarquent sous une forme ou une autre (intégré au DSP ou externes) leur convertisseurs Analogiques/Numériques. La fréquence d’échantillonnage est donc fixée en interne selon les choix des concepteurs.
D'autres ont des entrées numériques, mais intègrent également sous une forme ou une autre (toujours intégré au DSP ou externe) ce que l'on appelle un ASRC pour Asynchronous Sample Rate Converter. Le rôle d'un ASRC est de réaliser une conversion de fréquence d'échantillonnage par décimation ou interpolation et ce de manière asynchrone à l'horloge des échantillon en entrée.
L'utilisation d'un ASRC va donc permettre de convertir la fréquence des signaux numériques en entrée à celle choisie par conception pour l'ensemble des traitements DSP (sample rate converter). Il va permettre également à la plateforme de traitement de rythmer la fourniture des échantillons selon sa propre horloge sans que celle ci n'ait une corrélation quelconque avec celle du signal en entrée (asynchronous).
Dans le cas du DSPiy, la fréquence de base de traitement a été fixée à 96khz (paramétrable également à 48khz en changeant et recalculant tous les traitement "mathématiques"). En plus des deux entrée analogiques, nous avons une entrée numériques I2S maitre pour les signaux numériques. Ce DSP d'entrée de gamme n'intègre pas d'ASRC.

la D-IN V1 : Afin de répondre à un besoin réel et légitime d'entrée numériques pour le DSPiy et néanmoins partager le travail et ne pas complexifier à outrance la carte de base, je me suis proposé pour réaliser un add-on au DSPiy autour du circuit de Cirrus Logic CS8422 intégrant un récepteur SPDIF et un ASRC.
Le CS8422 est dans la gamme ce de qui se fait de mieux, reste simple à mettre en œuvre et est a prix contenu.
Son concurrent chez TI est certes plus performant et beaucoup plus complet (deux port I2S bidirectionnels, deux ASRC, récepteur et émetteur spdif), mais pour deux fois plus cher, avec 12 broches de plus, et nécessite obligatoirement d'être programmé par un µ-controleur.

On part petit et au final ....
- une entrée coaxiale sur transfo et une entrée optique supportant jusqu'à 211khz sélectionnable (2 entrées indépendantes).
- Haute Tolérance au Jitter en entrée et Ultra-Low Jitter Clock Recovery
- un ASRC supportant jusqu'à 216khz (entrée I2S), et un ratio de 6:1 à 1:6, 140dB de dynamique et -120dB de THD+N
- une sortie spdif pass-through sur transfo pour coax et sur TOSLINK sur extension pcb sécable (si on en a pas besoin). Le choix de l'entrée sélectionée pour le pass-through est indépendant du choix de l'entrée utilisée par le CS pour les autres traitement, en faisant un véritable mini switch spdif indépendant.
- utilisable en mode soft (i2c) ou en mode hard à base de jumpers.
- peux fonctionner sans clock, emplacement pour clock HTCMOS format 7x5 pour perf maximales de l'asrc en mode Soft ou master-clock locale en mode hard.
- s'intègre par simple empilement sur le DSPiy
- deux sorties PCM/I2S/TDM master ou slave
- en mode soft, une entrée PCM/I2S , master ou slave, isolée ou non, pour par exemple interface USB -> I2S
- led de "lock" sur entrée spdif
- reporting des erreurs et détection de signal spdif, détection de présence de signal audio dans le flux spdif
- décodage des info additionnelles User spdif accessible en i2C ou en mode hard.
- 98% des fonctionnalités du CS8422 sont au final exposées sur la carte
- double régulation intégrée à base d'adp151, régulateurs très faibles bruits 3.3V. Alimentation de la carte en 5V max.
- utilisation de GPO pour la sécurisation des isolateurs en mode soft
- utilisation de GPO1 comme ligne d'interruption en mode soft
- nombreuses possibilités de génération ou de réception de master clock
- extension double oscillateur pour pouvoir utiliser des SOCs sous Linux par exemple en I2S ou TDM slave pour s'affranchir de tous les problèmes d’approximations d'horloge I2S sur ces chips. (utilisations de deux oscillateurs Silicon Labs Si510)

Au niveau construction :
- tout a été fait pour que l'assemblage de la carte soit possible en DIY malgré sa conception 100% CMS.
- à l'exception de 4 ferrites en 0805, tous les composants sont en 1206
- l'entrée et la sortie coax peuvent se faire sur RCA ou sur BNC suivant l'embase choisie (voir BOM)
- en mode soft, l'ensemble des composants nécessaire à son fonctionnement sont sur le dessus à l'exception d'une résistance et d'un condensateur. Quelques composants supplémentaires sont à souder sur l'autre face si on a besoin de l'entrée I2S isolée en mode master (cas peu courant).
- seul un ensemble de résistance est à souder face AR pour avoir accès à l'ensemble des fonctionnalités en mode hard en jouant sur des jumpers
-tous les jumpers sont des jumpers "cms à souder" : un point de soudure à poser ou enlever.
- même les configurations les plus exotiques sont accessibles en mode hard en changeant la valeur de certaines résistances par rapport à la BOM de base (voir doc, chapitre : configuration très avancée)
- les connecteurs proposés permettent un empilement de 6mm avec le DSPiy permettant l'utilisation d'entretoises courantes. (TLW +SLW samtec)
- la carte peut être réalisée aussi bien en 1.5mm qu'en 1mm pour avoir une hauteur d'empilement totale de 7mm ou 7.5mm toujours pour utiliser des tailles d'entretoise courantes.
- tous les points de connexions sont alignés sur une grille de 2.54 ou de 1.27 à quelques pouillèmes près pour pouvoir facilement s'intégrer à un autre projet, le placement du connecteur d'alim, de la sortie I2S principale et du bus i2c + GPO1 ayant eux été dictés par leur position sur le DSPiy, comme les 4 trous de fixation.
- la carte fait 40mm x 73mm, l'extension faisant 45mm x 18mm pour un hors tout total de 85mm x 73mm
- la version sans extension fait 40mm x 73mm
- l'option XTal2 est sur un petit PCB a part de 7.6mm x 7.8mm

Bref, cette carte a été conçue à la base pour le DSPiy mais est faite pour être utilisable / utilisée dans tout projet ayant besoin de SPDIF et ou d'ASRC, sans exclure les cas tordu, aussi bien en hard que piloté par I2C pour un prix serré (prix estimatif à évaluer précisément une fois le proto monté).

En attendant la doc détaillée de configuration, se reporter à la datasheet sur le site du constructeur et au schéma ci dessous.

ImageImageImage
ImageImageImageImageImage

L'archive de la version finale V1.6.
D-INv1.6.zip


Elle contiens toute les variantes: f (full), n (no pass-through), r (pass-through RCA), t (pass-through Toslink), d (DSPiy : pt RCA + connecteur plug&play amanero).
Schéma et tous les gerbers. J'ai pas eu le courage de re-générer des PDF d'illustration ou les screenshots.
Les contraintes de fabrication : piste min 0.2mm, interpiste min 0.15mm, via min 0.3mm. Ça passe chez Printed.

Historique:
La V1.2 est la version proto corrigée
La V1.3 a amené la version avec connecteur Amanero + quelques corrections de routage : C'est la version de prod de la CG1.
La V1.4 a amené d'autres corrections mineures et l'ajout d'un meander sur la ligne LRCK.
La V1.5 corrige le placement d'une piste qui dégradait le plan de masse autour du CS.
La V1.6 corrige le bug différentiel/asymétrique (C33 et C34) et rajout de C35 pour découpler le primaire du transfo de sortie spdif.

la D-IN-DSPIY-V1R0 : Thierry a sorti une DPSIY-V1 sur la base du schéma de la V1 épuré du mode hardware et de tout le superflu non nécessaire au DSPiy afin de réduire les couts de production et simplifier la fabrication.

la D-IN V2 : Je prendrai peut être la décision de re-router la V1 en tenant compte des leçons apprises. Je changerai également peut être le format de la carte, la D-IN-DSPIY-V1 étant plus adapté pour le DSPiy.
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Message par Google » 02 Jan 2013 18:36

 
 
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Message » 02 Jan 2013 18:37

La dernière version de la BOM:
D-IN SPdif - BOM.pdf
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Message » 02 Jan 2013 18:37

La doc : WIP
D-IN.pdf
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Message » 02 Jan 2013 18:37

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Message » 02 Jan 2013 20:07

:)
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Message » 03 Jan 2013 15:29

c'est cool que t'ai réussi a tout rendre configurable en mode hard ou soft.

La sortie SPdif passtrough ne me parait pas utile et prend de la place avec deux connecteurs supplémentaires. Un simple dédoubleur SPdif suffit, amha, pour celui qui veut ressortir en SPdif.

Bonne pioche les isolateurs USB. a moins de $2 pièce, ça va pas nous ruiner.

En parlant d'interface USB -> I2S, et notamment celles low-cost a base de tenor7022 qui permet 24/96. Il y en avait pléthore sur ebay il y a quelques temps et presque toutes disparues.
Nos amis d'audiophonics en ont une qui fait l'affaire http://www.audiophonics.fr/te7022-inter ... -7028.html
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Message » 03 Jan 2013 15:39

J'ai la HA Info de chez audiophonics http://www.audiophonics.fr/info-interfa ... -5850.html
Elle a les gros avantages, à mon sens, d'avoir les deux sorties SPDIF d'actives en même temps, d'être auto-alimentée (direct du PC pour l'instant - isolateur USB à venir) et de ne pas coûter un rein (35.90€).

Elle fonctionne parfaitement bien, détection directe sous W7!

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Message » 03 Jan 2013 16:23

C'est le même chip sur la HA-nfo, comme beaucoup de ces convertisseurs. Sans doute une bonne carte, mais celle-ci n'expose pas sa sortie I2S.
En prenant directement la sortie I2S du Tenor, ça évite un passage inutile par S/Pdif dans le contexte de cette carte d'entrée numérique.

Tazz n'en a pas vanté les mérites de cette carte :
C'est une carte d'entrée numérique versatile pour usage DIY.
Ca peut servir pour un DSP comme le DSPiy (sur lequel elle est prévue pour s'enficher directement) ou pour un DAC par exemple.
Elle dispose de :
- une sortie I2S asynchrone, avec un asrc qui permet de sortir en échantillonnage fixe (48, 96 ou 192kHz par exemple), quel que soit celui du signal d'entrée (entrée jusqu'à 211khz).
- deux connecteurs d'entrée SPdif: un coax, un optique.
- une entrée I2S master ou slave. Ceci permet d'y connecter une autre entrée numérique, telle que un convertisseur USB->I2S. Cette entrée I2S est isolée, ce qui évite toute boucle de masse due à cet élément externe.
- pilotée en mode software par bus I2C ou utilisable en mode autonome, pilotée en hardware par des switches sur la carte.
- la puce CS8422 utilisée a d'excellentes caractéristiques de dynamique, snr, thd et un jitter ultra faible.


En parlant d'isolateur USB + alimentation, tu en connais qui fonctionnent en high speed ? la plupart que je trouve sont limités à USB 2 full speed.
Dernière édition par alkasar le 03 Jan 2013 19:14, édité 1 fois.
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Message » 03 Jan 2013 16:42

Vivi j'ai bien saisi le concept du projet, c'était juste pour venter les mérites de la TE7022 ;)

Connait pas d'isolateur USB autre que celui que propose AP ...

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Message » 03 Jan 2013 17:00

Dagda a écrit:Vivi j'ai bien saisi le concept du projet, c'était juste pour venter les mérites de la TE7022 ;)
:wink:

Connait pas d'isolateur USB autre que celui que propose AP ...
Dagda
il est bati sur le classique du domaine, ADuM4160, qui supporte USB2 en full-speed (12mbps) au maximum.
Le kit audiophonics est très bien d'ailleurs. Une autre carte fréquemment trouvée est celle de domestics@home.

C'est suffisant pour le tenor7022, mais pas pour des receveurs en 24/192 (ou plus) qui sont en highspeed (480Mbps).
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Message » 03 Jan 2013 18:15

Boh, toute manière chez moi j'attaque le DCX, donc bridé à 96kHz ... en même temps, je n'ai rien au dessus 48kHz ...

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Message » 03 Jan 2013 18:16

Pas d'isolateur USB, isolateur sur l'entrée I2S, du coup n'importe quel USB -> I2S auto alimenté fait l'affaire.
Enfin je crois qu'on dis la même chose, mais différemment.



Bon le routage va être coton quand même (j'ai commencé). Je risque de devoir passer un certain nombre de composants en 0805 (actuellement quasiment tout est en 1206).
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Message » 03 Jan 2013 18:51

Tazz28 a écrit:Pas d'isolateur USB, isolateur sur l'entrée I2S, du coup n'importe quel USB -> I2S auto alimenté fait l'affaire.
Enfin je crois qu'on dis la même chose, mais différemment.
oui. pour cette carte on est tranquille ;)

Je me posais la question d'un isolateur usb pour un autre besoin :ma carte son emu0204 usb (high speed) qui me sert à faire des mesures. J'ai rebondi opportunément sur ce que disait Dagda. J'aurai du préciser le HS.



Bon le routage va être coton quand même (j'ai commencé). Je risque de devoir passer un certain nombre de composants en 0805 (actuellement quasiment tout est en 1206).
beaucoup d'options, c'est pas fait pour simplifier.
Et si tu zappais complètement le mode hardware ?
J'imagine que cette carte servira d'entrée à des cartes "évoluées" disposant de l'I2C.
Ou alors deux routages : un soft et un hard (lecteur je te rassure, on parle toujours de cartes électroniques)
Deux routages "simples" c'est plus facile qu'un seul compliqué. Enfin, pour moi :mdr:

t'utilise quel soft ? on dirait eagle, j'ai un doute.
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Message » 03 Jan 2013 20:20

Oui Eagle.
Ben le mode soft demande zero routage de plus quand le hard est fait ....
Mais pas de soucis, je vais y arriver, ça fait que quelques heures que j'y suis. C'est juste que le plat de spaghetti fait un peu peur au début, et les contraintes de placement des connecteurs et de taille de carte n'arrangent rien.
J'ai un peu compliqué la chose en mettant des switch par point de soudure plutôt que l'ajout ou le retrait de res de 20k ou de 0R.
Mais le résultat sera beaucoup plus simple a utiliser.

Pour les isolateurs, ils ont du mal pour l'instant au dessus de 150mbits. Ceci explique donc cela. Mais je crois que j'ai vu passer des trucs, et avec l'arrivée de l'USB3 et la course aux bus ultra rapides en différentiel, ça devrai bientôt bouger.
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Message » 03 Jan 2013 21:48

Bonsoir,
:ohmg: Très beau schéma, voilà une future carte multi usage via les configs.

PS : n’oublie pas les mires SMD, je ne les vois pas sur le schéma.
thierryvalk
 
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