Гальваническая развязка интерфейса I2S: схема на ADuM1400 для устранения фона
Совместная работа цифрового источника сигнала (ПК) и качественного ЦАП (цифро-аналогового преобразователя) иногда сопровождается заметным фоном или гулом. Это проблема, с которой сталкиваются многие аудиофилы, использующие USB-подключение. Для полного устранения этой проблемы эффективно применить гальваническую развязку. Если интерфейс в вашем ЦАП использует протокол I2S и является пятипроводным (линии DATA, BCLK, LRCK, MCLK, GND, без DSD и S/PDIF), для этой цели удобно использовать специализированную микросхему ADuM1400CRWZ. Она достаточно доступна на рынке и стоит не дорого, что делает её отличным выбором для модернизации.
В данном проекте микросхема обеспечивает развязку между входным USB-модулем XMOS U8 и платой ЦАП, построенным на микросхеме AK4490EQ. Указанный интерфейс в данном случае односторонний, и развязка по нему реализуется проще и эффективнее, чем попытка развязать двусторонний USB-интерфейс. Важным преимуществом является то, что возникающие в модуле развязки задержки в случае одностороннего интерфейса суммируются, но, поскольку сигнал не требует возврата, эти задержки не искажают данные и не влияют на качество звука.
Для тех, кто хочет глубже понять принципы построения таких систем, рекомендуется ознакомиться с материалами о цифро-аналоговых преобразователях, чтобы лучше понимать контекст работы аудиотракта.
Принципиальная схема подключения
Принципиальная (она же, практически, монтажная) схема устройства приведена на рис. 1. Она демонстрирует, как именно микросхема ADuM1400 встраивается в цепь передачи данных.
Обратите внимание на элемент питания: светодиод VD1 понижает имеющееся на плате XMOS U8 напряжение +5 В до необходимых +3,3 В для питания логической части микросхемы ADuM1400. Схема предельно проста и собрана на отдельной плате-переходнике, что позволяет легко интегрировать её в существующую конструкцию.
Изготовление платы-переходника
При изготовлении устройства возникла неожиданная проблема: невозможно было приобрести готовую переходную плату под микросхему в корпусе SOIC-16 (тип корпуса ADuM1400). Поэтому плату пришлось изготавливать самостоятельно из двух переходников SOP-16 – DIP-16. Платы разрезаются по нужному размеру, затем склеиваются между собой, образуя единый модуль.
Важный технический нюанс: контакт платы, соединённый с выводом 7 микросхемы U1, используется в качестве монтажного (для фиксации). Поэтому дорожку, идущую к этому выводу, необходимо обязательно перерезать. Хотя на схеме вывод обозначен как NK (NO CONNECT — не подключен), наличие встроенного защитного диода внутри микросхемы делает схему неработоспособной, если не разорвать этот контакт.
Особенности XMOS U8 и настройки ЦАП
Входной модуль XMOS U8 является стандартом де-факто для многих самодельных ЦАП. При использовании развязки важно учитывать, что модуль XMOS отлично справляется с генерацией сигнала I2S, однако для достижения наилучшего результата необходимо правильно настроить обвязку самого ЦАП.
Первоначально ЦАП собирался как макет, из интереса, для проверки работоспособности схемы развязки:
Но после прослушивания было принято решение делать законченную конструкцию. В процессе доработки все конденсаторы питания в обвязке ЦАП – 22 мкФ (х 8) – были заменены на 330 мкФ + 1 мкФ плёночные. Это изменение позволило значительно улучшить стабильность питания и после замены ЦАП перестал перегружаться на пиках громкости, что положительно сказалось на динамике звука.
Экранирование и выбор операционных усилителей
Интерфейс I2S является высокочастотным, и наводки с него на аналоговые аудиоцепи могут быть значительными. Поэтому его желательно экранировать, чтобы минимизировать влияние цифровых помех на качество звука.
Из многих опробованных вариантов операционных усилителей, больше всего понравилось звучание ЦАП с ОУ LM6172IN. Они обеспечивают высокую скорость и низкий уровень шума, что идеально подходит для работы с высокочастотным интерфейсом I2S.
Плата гальванической развязки собрана из того, что было под рукой. И тип и номиналы деталей вполне могут быть заменены на другие, при условии сохранения ключевых параметров микросхемы ADuM1400. Если вам потребуется разделить сигналы не только по питанию, но и выбрать нужный источник, можно использовать электронные переключатели входов, которые также помогут оптимизировать аудиосистему.
Автор работы: Алексей Минаков
