Микросхема ЦАП AK4499, ЦАПы на её основе. Общая тема.

.




____Данная тема предназначена для изучения микросхемы (AK4499), переводов различной документации по ней, и не только, а так же для хранения информации, обсуждения и т. д. всего, что связано с этой темой. Различные ссылки, рассуждения, помощь с переводами и т. д. приветствуются, откровенный спам и флейм, крайне не желателен. В идеале хочется конечно разработать свой собственный ЦАП на её основе, что не сложно в принципе, за исключением двух моментов DSP и микроконтроллер для управления, с этим тоже желательно со временем разобраться и изучить... Понеслась...


.

.


____Японская компания Asahi Kasei в декабре 2018 года выпустила новую микросхему ЦАП — AK4499. Новинку отличают соотношение сигнал-шум 140 дБ и заявленный уровень гармонических искажений не выше -124 дБ. Новая микросхема работает в четырёхканальном режиме, и может обрабатывать сигналы в форматах PCM 32 бит/768 кГц и DSD до 512 (22,4 МГц). ЦАП займёт место флагмана в линейке микросхем AK, сместив с него AK4497. Эта микросхема станет первой в каталоге AK с токовым выходом. От предыдущего флагмана микросхема отличается более высоким энергопотреблением: 667 мВт вместо 346 мВт. Видимо, поэтому в списке устройств, в которых микросхему рекомендуется устанавливать, не указаны портативные плееры и ЦАПы.

____The AK4499 is a 32-bit 4ch Switched Resistor DAC which adopts newly developed technology, achieving the industry’s leading level low distortion and low noise characteristics. It corresponds to a 768kHz PCM input and an DSD512 input at maximum, suitable for playback of high resolution audio sources that are becoming widespread in Network Audio and USB-DACs Audio systems. In addition, it is capable of supporting a wide range of signals and achieving low out-of-band noise. The AK4499 has six types of 32-bit digital filters, realizing simple and flexible sound reproduction in wide range of applications.
____(AK4499 - это 32-разрядный, 4-канальный коммутируемый резисторный ЦАП, который использует недавно разработанную технологию, достигая лучших в отрасли характеристик с низким уровнем искажений и низким уровнем шума. Он соответствует входу PCM 768 кГц и максимальному входу DSD512, что подходит для воспроизведения источников звука высокого разрешения, которые становятся широко распространенными в сетевых аудиосистемах и аудиосистемах USB-DAC. Кроме того, он способен поддерживать широкий диапазон сигналов и достигать низкого внеполосного шума. AK4499 имеет шесть типов 32-битных цифровых фильтров, реализующих простое и гибкое воспроизведение звука в широком диапазоне применений.)


.

.


• 4-ch Switched Resistor DAC

• THD+N: -124 dB

• Dynamic Range, S/N: 140 dB (Mono), 137 dB (Stereo), 134 dB (4ch)

• 128x Over Sampling

• Sampling Rate: 8 kHz to 768 kHz

• 32-bit 8x Digital Filter
Short Delay Sharp Roll-off, GD = 6.0/fs
Short Delay Slow Roll-off, GD = 5.0/fs
Sharp Roll-off
Slow Roll-off
Super Slow Roll-off
Low Dispersion Short Delay Filter

• DSD64, DSD128, DSD256, DSD512 Input Support
Filter1 (fc = 37 kHz, DSD64 mode)
Filter2 (fc = 65 kHz, DSD64 mode)

• Digital De-emphasis for 32, 44.1 and 48kHz sampling

• Soft Mute

• Digital Attenuator (0 dB to -127 dB, 0.5 dB step + mute)

• Mono Mode

• External Digital Filter Interface (EXDF Mode)

• PCM/DSD, EXDF/DSD Mode Automatic Mode Switching Function

• Audio I/F Format
- MSB Justified
- LSB Justified
- I²S
- DSD
- TDM

• Daisy Chain

• Master Clock
- fs = 8 kHz to 32 kHz : 256fs, 384fs, 512fs, 768fs, 1152fs
- fs = 32 kHz to 54 kHz : 256fs, 384fs, 512fs, 768fs
- fs = 54 kHz to 108 kHz : 256fs, 384fs
- fs = 108 kHz to 216 kHz : 128fs, 192fs
- fs = 384 kHz : 32fs, 48fs, 64fs, 96fs
- fs = 768 kHz :16fs, 32fs, 48fs, 64fs
• Register Control Mode with 3-wire Serial or I²C interface

• Pin Control Mode

• Power Supply:
Internal LDO (LDOE pin = “H”); TVDD = 3.0 ~ 3.6 V, AVDD = 4.75 ~ 5.25 V,
VDDL1/R1/L2/R2 = 4.75 ~ 5.25 V
External Supply (LDOE pin = “L”); TVDD = 1.7 ~ 3.6 V, DVDD = 1.7 to 1.98 V,
AVDD = 4.75 ~ 5.25 V, VDDL1/R1/L2/R2 = 4.75 ~ 5.25 V

• Operational Temperature: -40 to 85 C

• Digital Input Level: CMOS

• Package: 128-pin HTQFP


.

.



SDATA1,
SDATA2 - входные данные для PCM Data Interface, синхронизация с LRCK и BICK.

DINL1,
DINR1,
DINL2,
DINR2 - входные данные для External DF Interface, синхронизация с BICK.

DSDL1,
DSDR1,
DSDL2,
DSDR2 - 1-битные входные данные для DSD Data Interface, синхронизация с DCLK.

DSD Filter - КИХ-фильтр (фильтр с конечной импульсной характеристикой), который уменьшает высокочастотный шум входных данных DSD.

De-emphasis & Interpolator - цифровой фильтр, который применяет процесс снятия выделения к входным данным и выполняет выборку.

ΔΣ Modulator - данный блок выдаёт многоразрядные данные в SR ЦАП. Этот блок состоит из цифрового дельта-сигма-модулятора третьего порядка.

SR DAC - SR ЦАП, преобразует многобитовые данные с выхода модулятора ΔΣ в аналоговый сигнал. Этот блок состоит из коммутируемого резистивного ЦАП.

Control Register - регистр управления, регистр сохраняет настройки для каждого режима. Доступ к регистрам осуществляется по 3-проводному интерфейсу, сигналы (CSN, CCLK, CDTI) или в режиме управления шиной I²C (SCL, SDA).

Clock Divider - делитель частоты, делитель основной частоты. В режиме PCM основная частота автоматически делятся при определения частоты fs. В режиме DSD основная тактовая частота устанавливается битом DCKS.

MCLK Stop Detection - этот блок определяет когда основная тактовая частота отсутствует.

IREF - генерация опорного тока, от опорного напряжения. Генерируемого внутри микросхемы, с помощью внешнего резистора, подключаемого к выводу 105 (EXTR).

LDO - стабилизатор напряжения для внутренней цифровой цепи, типовое значение напряжения 1,8 В.


.

.


Note 1: Металлическая подложка, выходящая наружу микросхемы с нижней части, должна быть подключена к AVSS.


.

.


резерв.


.

.


резерв.


.

.


резерв.


.

.


Режим управления (Control Mode).

____Каждая функция в микросхеме ЦАП AK4499 управляется контактами (Pin Control mode/режим управления контактами) или регистрами (Register Control mode/режим управления регистрами), см. таблицу ниже.


____Выбор режима управления осуществляется установкой контакта PSN. AK4499 должен быть отключён контактом PDN при изменении состояния контакта PSN. Существует вероятность выхода из строя, если микросхема не выключается при изменении режима управления, поскольку предыдущая настройка не инициализирована повторно. Настройки регистров недопустимы в режиме управления контактами и настройки контактов недопустимы в режиме управления регистрами. Таблица ниже показывает доступные функции каждого режима управления.



Режим цифро-аналогового преобразования (D/A Conversion Mode).

____AK4499 может преобразовывать данные в стандартах PCM или DSD в аналоговый сигнал. Режим цифро-аналогового преобразования является общим для DAC1 и DAC2. В режиме PCM тактовая частота и данные PCM могут быть введены с контактов BICK, LRCK и SDATA1, SDATA2. В режиме DSD тактовая частота и данные DSD могут быть введены с выводов DCLK, DSDL1, DSDL2 и DSDR1, DSDR2.
____AK4499 поддерживает внешний цифровой фильтр I/F (EXDF) в режиме ввода данных PCM. В режиме EXDF тактовые частоты и данные PCM могут быть введены с контактов MCLK, BCK, WCK, DINL1, DINL2 и DINR1, DINR2. Таблица ниже, показывает доступные функции в режиме PCM/DSD/EXDF. AK4499 поддерживает только режим PCM в режиме управления контактами.



Настройка режима цифро-аналогового преобразования и назначение выводов.

____Переключение режима PCM/DSD/EXDF выполняется путём установки бита DP и бита EXDF. В режиме DSD тактовая частота и вывод ввода данных могут быть изменены битом DSDPATH. Настройки регистров и назначение контактов для каждого режима показаны ниже.

• Режим PCM.
  AK4499 входит в режим PCM, при установке бита DP = «0» и бита EXDF = «0». Тактовая частота и данные подаются на контакты 43, 44, 45 и 46. См. таблицу ниже.
  
  
• Режим DSD.
  AK4499 входит в режим DSD, при установке бита DP = «1». В этом случае установка бита EXDF не будет влиять на работу в этом режиме. В режиме DSD тактовая частота и данные подаются на выводы 50, 51, 52, 53 и 54, если бит DSDPATH = «0», и подаются на выводы 43, 44, 45, 46 и 47, если бит DSDPATH = «1». См. таблицу ниже.
  
  
• Режим MXDF.
  AK4499 входит в режим EXDF, при установке бита DP = «0» и EXDF = «1». Тактовая частота и данные подаются на контакты 43, 44, 45, 46 и 47. См. таблицу ниже.
  

____AK4499 должна быть в состоянии сброса, что достигается установкой бита RSTN = «0», при переключении режима ввода данных (PCM/DSD/EXDF) битом DP и битом EXDF, или при изменении выводов ввода сигнала DSD битом DSDPATH. Бит RSTN не должен изменяться в течение 4/fs после переключения этих режимов. Для перехода в режим требуется от 2 до 3/fs.
____Переключение в режим DSD, выбор ручной и автоматической настройки. AK4499 находится в режиме ручной настройки, когда бит ADPE = «0», и в режиме автоматической настройки, когда бит ADPE = «1». В режиме автоматической настройки AK4499 контролирует входные сигналы для выбора режима PCM или DSD, если бит EXDF = «0», и контролирует входные сигналы для выбора режима EXDF или DSD, если бит EXDF = «1». В этом режиме настройка бита DP игнорируется (бит ADPE = «1»). Более подробно автоматический режим переключения PCM/DSD, EXDF/DSD будет рассмотрен позже.


Время переключения режима цифро-аналогового преобразования (ручная настройка).

____Рисунки представленные ниже показывают время переключения режимов PCM, DSD и EXDF в ручном режиме (бит ADPE = «0»). Для предотвращения шума, вызванного чрезмерным входом, сигнал DSD должен вводиться через 4/fs после установки бита RSTN = «0» до тех пор, пока устройство полностью не сбросится изнутри, когда режим преобразования изменяется на режим DSD из режима PCM/EXDF. Сигнал DSD должен быть остановлен через 4/fs после установки бита RSTN = «0», до тех пор пока устройство полностью не сбросится изнутри, когда режим преобразования изменяется на PCM/EXDF из режима DSD.



На рисунке ниже показано время переключения режимов PCM и EXDF. Установка бита EXDF должна происходить через 4/fs после установки бита RSTN = «0», пока устройство полностью не сбросится при изменении режима преобразования.



Тактовая частота (System Clock).

Режим PCM.

____Внешние тактовые частоты, которые необходимы для работы AK4499, это MCLK, BICK и LRCK. MCLK, BICK и LRCK должны быть синхронизированы, но фаза MCLK не является критической. MCLK используется для синхронизации цифрового фильтра, дельта-сигма-модулятора и SR DAC.
____Для скоростного режима внутренней выборки и настройки делителя MCLK-LRCK в режиме управления выводом есть два режима настройки системных тактовых частот, а в режиме управления регистрами - три режима настройки. См. таблицы ниже.


____AK4499 автоматически переводится в режим ожидания, когда MCLK останавливается более чем на 1 мкс при нормальной работе, и аналоговый выход переходит в высокоимпедансное состояние (Hi-z).


____Когда MCLK подаётся снова, AK4499 выходит из этого состояния отключения питания и снова начинает работу. В этом случае настройки регистров не инициализируются. AK4499 находится в состоянии отключения питания, а аналоговый выход находится в высокоимпедансном состоянии (Hi-z) до тех пор, пока не будут восставлены MCLK, BICK и LRCK.


Фиксированный скоростной режим (Fixed Speed Mode).
(Pin Control Mode/режим управления контактами).

____


.

.


резерв.


.

.


резерв.


.

.


резерв.


.

.


резерв.


.

.


L78S15CV, Стабилизатор напряжения +15 В, 2 А, [TO-220]
U_{вх. min.} = 18 В. U_{вх. typ.} = 23 В. U_{вх. max.} = 35 В.
Datasheet: Скачать


.