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Je vous propose le U.D.

Message » 28 Juin 2012 18:39

Cela fait maintenant presque deux ans que j'y travaille avec une forte accélération depuis les 8 derniers mois.

UD pour "Universal DAC". Bon, c'est peu être à changer car ça met la barre très haut par rapport aux autres U (UP et UGS) et je ne sais pas encore si il arrivera a tenir ses promesses (ou plutôt si je serai au niveau :mdr: ).

La genèse:
Après avoir découvert l'UGS et le UP, j'ai décidé de me lancer dans la réalisation d'un DAC.
Quand je dis réalisation, je parle bien entendu de l'utilisation d'un circuit de conversion moderne et pas de l'exercice de style consistant à créer un DAC de rien:
- D'autres font ça bien mieux que moi (on a déjà parlé dans ces lignes de très très belles réalisations)
- Ça ne m’intéresse pas (chacun son truc)
- Et malgré (ou à cause de, sait ont jamais ) mes maigres connaissances en traitement du signal, elles ne m'ont pas intellectuellement convaincu.
Dans ce domaine, un circuit sort très largement du lot pour de multiples raison (et pas juste pour son potentiel en DNR et THD+N final), la gamme Sabre32 de ESS et plus particulièrement le ES9018.

Les réalisations à base de ce circuit étaient et restent plutôt rare et pour plusieurs raisons:
- Le prix : le bout coute tout de même une bonne quarantaine d'euro au détail, ce qui est très élevé pour cette catégorie de circuit (même si c'est pinuts comparé au prix de ce qui généralement l'entoure). Pour du "consumer product" c'est tout bonnement inenvisageable. Enfin, les sources d’approvisionnement sont limitées.
- La politique de ESS vis a vis de la documentation est resté longtemps drastique: patte blanche, NDA et tout le tralala.
- Sa mise en œuvre n'est pas triviale du tout et il doit être facile de faire pire qu'avec un chip pas cher et simple si on se casse pas un peu la nenette.

Comme le Buffalo (on en était aux première génération) était et reste quasiment unique hors du circuit des réalisations commerciale classique, j'ai décidé de me lancer dans la conception du mien. (ayant eu des mots "dur" à l'encontre du Buffalo ne reflétant pas ma position générale sur celui ci, je reviendrai dessus plus loin).

Pour le premier point, le prix du chip n'est pas un critère (ça coûte combien au prix fort nos fameux JFet aujourd'hui ....) et Ismosys le distribue à l'unité (54€ en ce moment, l'euro baisse...).
Pour le second, ils ont relaxé leur politique et votre serviteur a signé ce qu'il fallait pour avoir les docs.
Pour le dernier, j'ai pris un luxe de précautions, voire poussé le bouchon un peu loin. J'espère que ce ne sera pas ridicule et que le résultat sera au moins correct. Nous verrons une fois le premier proto complètement assemblé et j'espère que je pourrai le faire mesurer avec le matos adéquat (Matthias si tu me lis).

Tout développer tout de suite est au dessus de mes possibilités. Je vais donc vous donner à digérer le travail accompli en PDF et complèterai ces messages en fonction de mon temps libre.
Gardez à l'esprit que
- c'est pas fini : les schémas sont un peu cracra, me servent également à penser l'organisation physique et me servent aussi de BOM donc c'est un peu le binz.
- sont conçu et routé : Les cartes d'un bloc d'alim, la carte de base/régulation, la carte DAC/Clock, la carte d'interface Bus.
- sont conçu et en partie schématisé: la carte de base/régulation IV , la carte IV 2/4 voies SYM et ASYM et ses sorties (en deux cartes je pense).

Tout cela forme un bloc deux voies à l'origine (configurable finalement en 4) dont le cœur est une paire de ES9018 en fullmono.
En cours de projet, j'ai repensé le choix et le dimensionnement de certains composants, l'organisation des cartes et du routage pour que le bloc tienne dans un parallélépipède de 80x120x350 voire un peu moins pour cette dernière cote.

L'idée est donc de pouvoir mettre jusqu'à trois de ces blocs dans un 19'' 3U pour aller jusqu'à un système 6/12 voies plus :
- carte 6 entrées AES/EBU/SPDIF/SPDIF-TTL (avec deux configurables en SDIF2/3 pour du DSD) + 6 TosLink (conçu et en parti schématisé)
- carte 16 entrées M-LVDS type2 (conçu et en parti schématisé)
- The Matrix : matrice de commutation permettant de tout assigner dans tous les sens. (à mettre en schéma et réaliser le routage 3D...)
- La carte de liaison matrice/blocs dacs. (a router)
- La carte alim logique annexe et la carte µC de pilotage : seul le choix du µC est fixé, un STM32F0 et l'afficheur (une folie : un noritake graphique ...)
- Un bloc ampli casque symétrique.

La matrice de commutation aura les E/S nécessaires provisionnées pour intercaler un SOM à base de ARM+DSP TI Integra ou Davinci, ou une carte autre de décodage de flux bitstream.

C'est tout pour aujourd'hui: Je met en ligne le travail pour l'instant fini (V0.1) et réserve quelques messages.
Dernière édition par Tazz28 le 01 Aoû 2012 18:27, édité 3 fois.
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Alim primaire

Message » 28 Juin 2012 18:39

alim1v02b.jpg
alim1pcbv02b.jpg


Ce PCB est déjà a revoir :grr: une petite modif devrai permettre de gagner 15mm sur la longueur et 5mm sur son intégration. réduisant d'autant le alim2.
Le bon point c'est que c'est pile ce que j'espérait grater alleur pour être dans les clous....
Bon enfin c'est pas sur. On verra ça lundi... Ce devrait être finalement 8mm de pcb + 5mm d'intégration.
Edit 03/07/2012 : bon finalement 13mm de gagnés et pas d'espace additionnel a réserver pour l'intégration (je prévois juste 2mm autours des cartes) + plein de bugs corrigés...

alim2-v0.2.jpg
alim2-v0.2.jpg (43.72 Kio) Vu 3497 fois
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alim-pdf-v0.3.zip
Zip des PDFs
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alim-v0.3.zip
Zip des gerbers
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Quelques explications:
Ce bloc est composé de 4 PCB pour être le plus compact et sécurisé possible.
Son rôle est de fournir toutes les alims pour le reste du bloc DAC/IV, l'idée étant de l'isoler de celui ci par une plaque de tôle d'acier au travers de laquelle ne passe que l'ensemble connecteur.
A une exception près, aucune régulation n'est faite sur cette carte.
Nous avons donc
- 1 transfo à deux secondaires pour les alims numériques
- 1 transfo pour la clock
- 1 transfo Rcore 8VA double secondaire pour le AVCC des convertisseurs
- 2 transfo Rcore 14VA double secondaire pour les étages IV
Ça fait du monde.
La clock et les alim numériques utilisent deux petits transfo surmoulée auto-protégés. Un unique relais les pilotes car l'un sans l'autre ne servent à rien et même si un des deux DAC n'est pas utilisé, il consomme quasi rien au repos.
Les trois autres transfo alimentent des étages analogiques au travers d'alim Shunt qui chauffent et consomment. Chacun à donc son relais.
Le reste est basique: redressement et filtrage, réseau RC sur chaque diode de redressement (de bonne vielles MUR) pour les alims analogiques.
La seule subtilité se trouve sur les alims numériques principales :
Tout est 3.3v ou 1.2v. Je me suis limité à un enroulement de transfo par DAC ce qui est amplement suffisant en terme de séparation quand on vois plus loin ce qu'il y a ...
Le problème c'est que quelque soit le transfo et la cascade de régulateur en aval, la majeure partie de l'énergie fourni par celui ci va partir en calorie ne serai ce qu'à cause de la marge à prendre à cause de la différence a vide / en charge.
De plus si on saute les étapes et que l'on regarde les régulateurs aval, ce sont des ultra faible bruit, très faible dropout, mais aussi de très petit gabarit.
A plus de 120 ou 140°C/W sur ces régulateurs, il ne faut pas plaisanter.
J'avoue que à ce moment précis, j'ai cru que le paris de la contrainte de taille pour faire tenir 3 tranches dans un 19''3U était perdu.
Sauf que, grâce à Eric.D, j'ai découvert il y quelques temps la série de régulateurs a découpages OKAMI de Murata.
Dans les dernières nouveautés de cette gamme, il y a le compromis impossible :
Micro régulateur 5W/1A
Tension d'entré 2.9 à 14V (12V nominal)
Tension de sortie REGLABLE de 0.9 à 5.5V
Efficacité typique de 90% mais surtout qui dépasse les 80% dès 150mA de charge.
Une 20aine de mV d'ondulation à 1A.
Ça doit couter un bras me dire vous, ben non, moins de 3€... : Le OKL-T/1-W12
On peu donc utiliser un petit transfo 9V et abaisser efficacement la tension au plus près de la tension idéale pour une dissipation minimale de chaleur sur les régulateurs avals.
Deux difficultés:
- La facile : le format est fait pour passer au four a refusion. J'ai agrémenté le PCB de grosses via au milieu des pastilles des regs pour faciliter leur soudure. Un peu de flux et hop soudure par le dessous.
- L'incertaine : Ces régulateurs sont tout nouveau et stockés par personne. Chez Mouser il faut acheter la bobine de 600 :zen:
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Murata m'a fourni trois échantillons pour mon prototypage. Et d'après eux ils devraient êtres rapidement stockés par certains distributeurs. Donc a suivre.
Edit 09/07/2012: Ils sont dispo chez digikey à l'unité (ouf)

L'implantation :
-La carte 1 se met à l'envers, transfo vers le bas sur des entretoises de 35mm.
-La carte 2 s'enfiche dessus pour faire un sandwich de 15.2mm (12mm d'entretoise).
A l'exception de quelques mm de pistes, toutes les pistes dangereuses (220v) se retrouvent soit sous les tranfos moulés, soit inaccessible entre les deux PCB. Même si les PCB sont vernis, c'est toujours mieux.
- Les cartes 3 et 3bis qui supportent les deux Rcore de 14VA viennent s'enficher verticalement en travers de la carte 2 dos à dos. Tous le redressement et les réseau RC sont sur le dos de ces cartes et le placement des condensateurs fait qu'ils s'intercalent les uns entre les autres pour obtenir 18mm entre ces deux cartes liées par une entretoise. De la même manière, ça limite également l'accès au 220v.
La connectique de sortie est répartie sur le dessus et sur le dessous de la carte 1:
Sur le dessous et donc le dessus une fois monté, au centre on retrouve les alims num et clock et l'alim relais sur de la connectique une rangée et le pilotage des relais sur un 2pointsx2rangées.
Sur le dessus et donc le dessous au final, sur les bords extérieurs, on retrouve les rails pour le bloc I/V. Ces alims seront transportées jusqu'au bloc IV en passant sous le bloc DAC par deux cartes de liaison qu'il faut que je finisse mais qui dépendent énormément de l’organisation mécanique dans les 35mm sous le bloc DAC (carte baseboard) qui sont bien plein à cause des alims shunt.

D'ici une semaine, j’aurai fini de retravailler ces 4 cartes pour gagner quelques mm et pour corriger un ou deux bugs trouvés hier soir en faisant la chasse au mm. Si tout va bien, je lancerai alors le tirage d'un jeu de pcb pour pouvoir tester ce bloc grandeur nature à mon retour de vacance.

Edit 09/07/2012: La v0.2 est finie est envoyé à la fabrication. A part le routage, la seule modif de schéma concerne l'ajout de 4 diodes de roue libre sur les relais pour couper court à la surtension inverse au plus près des relais et éviter de faire remonter l'impulsion jusqu'à la carte "baseboard" sur laquelle est le ULN même ci celui ci en intègre déjà.

Edit 01/08/2012: Pcb reçu, la carte alim2 est a revoir un petit peu au niveau implantation, mais je vais attendre d'avoirs les composants et connecteurs pour ajuster ça au poil sur la version définitive. Maj des screenshoot et deux zip en PJ avec les version PDF et les gerbers. La mise en page est plus propre mais j'ai encore des progrès a faire ....
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Edit 24/09/2012: Je commence a recevoir les composants pour monter le bloc proto. Correction cosmétique du sens du connecteur d'alim 220v (sérigraphie).
Edit 26/11/2012: Après un peu de casse, ça avance:
ImageImage
D'ici la fin de la semaine, un bloc primaire complet devrait être câblé.
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Carte de base / régulation et Interface Bus

Message » 28 Juin 2012 18:45

Carte de base/régul , carte d'interface Bus et carte de liaison alim IV:
ImageImageImageImage
BB-AL-PDF-v0.4.zip
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BB-AL-v0.4.zip
ZIP des gebers
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La baseboard accueille la carte DAC enfiché par dessus, s'enfiche en liaison carte à carte sur le bloc d'alim primaire d'un coté et sur la basebord IV de l'autre.
Elle a plusieurs roles:
- pré-régulation Clock, prérégulation 3v3, prérégulation 1v2, prérégulation AVCC On utilise pour cela des adp3336 régulateurs faibles bruits faible dropout 500ma.
Nous avons respectivement 10v, 3.9v, 3.4v et 10v. A part pour la clock tout est doublé les deux voies étant quasi complètement isolées (on verra le pourquoi du "quasi" lors du détail de la carte DAC).
- sur la préreg 3v3, on prélève de quoi générer du 3v3 localement pour toute la logique d'interfaçage. Comme sur la carte DAC, on utilise des ADP151 ultra faible bruit.
- deux alims shunt d'une petite centaine de mA chacune max en courant de ICC sur la base de SSL1.2R (Salas Shunt Regulator) en 3v3 pour AVCC. Le fonctionnement nominal prévu des ESS étant full-mono, nous avons une alim par chip. Le routage est prévu pour une configuration fixe ou réglable, purement résistive ou avec des led en référence de tension. Ce sera a expérimenter.
- Pilotage des 6 relais : 4 pour l'alim, 2 pour le mute et la config 2/4 voies coté étage IV. (pas mal de nomenclature sont a revoir sur le schéma)
- amenée des data PCM/DSD et du reset aux ESS (2x4 fils) et des deux bus I2C (2x2 fils)

Les IRF et BD sont montés sous la carte comme sur un UP, vissés sur deux bares de radiateur de 84mm de long (SEEM CO202P) montés en travers de la carte.
Entre le PCB et les rad/IRF/BD passe les deux cartes de liaison d'alim IV qui contiennent les res et condo de mise à la terre de la masse analogique.
Il me reste a positionner les trous de visage des transistors précisément sur la carte quand j'aurrai un proto.

Sur cette base board s'enfiche la carte d’interfaçage numérique:
Un isolateur galvanique I2C+Int+reset et un isolateur galvanique numérique pour les lignes data PCM/DSD par ESS.
Un port 8 io I2C pour gérer les relais, reseter les ESS et remonter l'état du lock signal audio par interruption et par voie.
Un peu de logique pour entre autre assurer ceinture bretelle sur l'état initial de commut des relais d'alim à la mise sous tension de la logique de contrôle. (inversion des états).
Pour l'isolation galvanique, on utilise les isolateur de chez Silicon Labs. Les IL700 de NVE semblent très populaires, mais je préfère les Silicon Labs:
- plus rapide, delais de propagation plus court
- moins de distorsion
- match interchannel meilleur
- Jitter équivalent voir meilleur.
- prix /3
Sur le jitter, NVE "triche" un peu. Ils annoncent 100ps typique sous 5V. A 3V3, c'est plus pareil toutes les performances de dégradent ainsi que le jitter (qui a même été supprimé dans les spec sous 3v3 ...). Le SI lui est à 250ps P-P et toutes ses caractéristiques sont stables que l'on soit en 3v3 ou en 5V. Pour finir, la série rapide et high-température (meilleure distorsion mais que sous 5v) n'existe qu'en deux voies et doit être difficile d'appros.
Concernant le jitter&Co, j'y reviendrais dessus surement plus en détail, mais pour faire simple, grâce à l'archi spécifique et totalement asynchrone des ESS, on s'en fou un peu. On prend soin du signal et on évite de trop le pourrir, mais on reste raisonnable, sinon on ne mettrait strictement rien entre les convertisseurs et la source, à part un reclockage de la mort au plus près de ceux ci. Avec les ESS c'est totalement inutile et un reclockage serait même contre productif (sauf pour des cas très particuliers).
Donc on va essayer de minimiser au maximum notre impact sur les signaux numériques, tout en se permettant isolateurs, commutation électronique etc... sans pour autant avoir un impact sur le résultat final de la conversion. En théorie les ESS encaissent des jitters atteignant 50ns, c'est pas pour autant qu'il faut en introduire à gogo en faisant n'importe quoi.
Pour en finir avec la carte d’interfaçage, son adresse I2C est configurable bien que ce soit normalement pas nécessaire. Une carte de liaison reliant la matrice de commutation des entrées à 1, 2 ou 3 de ces cartes d'interface. Un multiplexeur I2C sera en tête de bus pour pouvoir gérer plus d'un bloc, les ESS ne pouvant avoir que deux adresse différentes (et nous avons déjà deux ESS par bloc). Ce bus amène aussi le 12V des relais.

MAJ:
- les adp3336 en préreg des alims shunt ont été remplacés par des LT1763 : les 3336 étaient trop limite en Vin max et en dissipation. On gagne en Vin max, vout max et 3x en dissipation avec les LT1763. En bonus, plus gros et facile à souder, moins bruyants et plus performants.
J'ai laissé les 3336 pour les préreg numériques : plus petits et plus simple a router (on est juste en place). Pour le prix, c'est kifkif entre les deux suivant les appros.
Todo:
- mettre mes valeurs de res finales pour les ADP3336 et LT1763
- rajouter les trous pour visser les transistors
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Le Coeur de la maison ... Carte DAC

Message » 28 Juin 2012 18:46

mydacpcbv02.JPG
mydacv02.JPG


mydac-printed.zip
Gerbers
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MyDac-pdf-v0.2.zip
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- changer les capa de découplage de la carte ESS par des 100 low ESL murata en CMS inversé : abandonné, c'est trop tendu avec le routage en double face, ça fait des gros trous dans le plan de masse analogique et rajoute des longueurs de pistes/via qui viennent contrebalancer le gain en ESL. Y a déjà 8x100nf COG par ESS, on va voir ce que ça donne. Bon finalement j'ai quand même rajouté 2 ESL par ESS en plus judicieusement placés .... :mdr:
- changer l'empreinte de l'oscilateur Crystek pour être compatible CCHD 950/957 et 575 : OK fait.
- rajouter un 10nf au pied de l'oscillateur cf datasheet CCHD575 et déplacer le point de mesure kelvin en amont du condo. : OK fait mais avec un 22nf
- rajout de 4 condo 100nf COG optionnels par ESS sur AVCC : Fait, j'espère ne plus y revenir, de toute façon y a plus de place :mdr:

26/11/2012 : Maj des zip et ajout des images de ce qui est parti en fab. En préparant ça, je suis tombé sur une piste non routé .... heureusement ça se rattrape, mais grrrrrr, trop bête. Les Gerbers sont avec la piste manquante ... trouvez l'erreur ....
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Message » 28 Juin 2012 18:47

Alims I/V, I/V et carte de sortie audio

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Message » 28 Juin 2012 18:47

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Message » 28 Juin 2012 18:47

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audio-out.png
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Message » 28 Juin 2012 18:48

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Tazz28
 
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Message » 28 Juin 2012 18:50

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Message » 28 Juin 2012 19:11

Réservé à moi. :ane:
J'ai pris le fauteuil au premier rang.... 8)
breizheau
 
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Message » 28 Juin 2012 19:23

Je prends le second rang :D
Tres interessant tout cela !
akira9a
 
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Message » 28 Juin 2012 20:55

trop fort!!!!
il y a du travail pour tout l'ete
numéro 3 :)
maxidcx
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Message » 28 Juin 2012 20:59

Premier rang, place de droite pour moi :lol:
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Message » 28 Juin 2012 21:05

Je prends ma place dans la file. :P
Serjac
 
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Message » 28 Juin 2012 21:41

au fond à coté du radiateur pour moi :mdr:

ça m’intéresse d'autant plus que je songe de plus en plus à acheter le buffalo dac III qui est équipé du 9018 ;)
XqutR
 
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