Group Buy PCM2902 / DIY USB soundcard

[Evtim Djerekarov]

Здравейте!

От доста време се каня да направя бюджетен аудио интерфейс, базиран на интегралната схема PCM2902, която е 48кHz/16bit 2 in, 2 out USB аудио интерфейс.

 

Повечето Guitar Link-подоби звукови карти са базирани на такава интегрална схема(поне според USB VendorID-то).

Не знам на колко добра ASIO поддръжка се радва този чип, но много хора твърдят, че се получават приемливи резултати с Asio4All, както и някои 3-rd party ASIO драйвери като usb-audio.de (http://www.usb-audio.com/) и asio2ks(http://www.asio2ks.de/).

 

SNR фигурата от 89dB(A), която ТI дават за аналоговите входове на интегралната схема, на мен ми се вижда горе-долу приемлива, като за по-нискобюджетен интерфейс.

 

Вариантът PCM2902 има S/PDIF поддръжка, докато PCM2900 е без такава:

 

http://store.comet.bg/CatalogueFarnell/Product/1001430/

http://store.comet.bg/CatalogueFarnell/Product/1018572/

 

Вижда се, че цената при 1-9 бройки е осезаемо по-висока от цената при 10+, поне що се отнася то 2902.

Картата може да се направи(по избор) и с поддръжка на S/PDIF IN/OUT:

http://www.pavouk.org/hw/usbcodecpcm2902/en_index.html

 

Има ли заинтересовани от вас, които биха се включили в разработката на подобен общ проект, който да направим?

Пиша тема затова, защото проектът не е от най-простите, особено като се има предвид, че смятам за подходящо интерфейса да има отделно захранване, микрофонен и инструментален и линеен вход, както и евентуално компромисна възможност за включване на микрофонния към един от каналите, а инструменталния/линейния - към другия, с цел например, любителски записи на инструмент и глас едновременно. Също може на платката да се предвиди(по избор) и поддръжка на S/PDIF(оптичен и "жичен").

Друга идея, която ми хрумва е, че е възможно, аналоговите предусилватели да имат линеен изход отзад, на гърба на интерфейса, за да могат да се ползват и с други интерфейси, които имат само линеен вход.

Извесно експериментаторство може да се приложи и при инструменталния вход, който може да има ключ за "high boost", който повдига нивото на високите чесввтоти преди дискретизация, за да може да се подобри съотношението сигнал/шум в случаите, когато свирещия използва симулации на усилватели, за да постигне например, звънлив чист звук.

 

Като начална идея, имам предвид нещо такова:

-Инструментален вход(голям жак, небалансиран):

   -Чувствителност

   -Low cut

   -High boost

   -Превключвател за канал(само ляв или и двата канала)

   -CLIP индикатор

 

-Линеен вход(rca connector)

  -Чувствителност

  -Превключвател за канал(само ляв, стерео или левия вход в двата)

  -CLIP индикатор

 

-Микрофонен вход(балансиран)

   -чувствителност

   -Low cut

   -High boost??

   -Превключвател за канал(само десен или и двата канала)

   -CLIP индикатор

 

-S/PDIF вход/изход (по избор, предвиден на платката/кутията).

 

-Линеен стерео изход(RCA)

-Слушалков изход (с усилвател и регулатор)

--??? По избор - маломощен (1-4 W) усилвател на мощност, за свързване на пасивни OT.

 

-Вход за захранване(в зависимост от избраните предусилватели, еднополярно или симетрично).

 

-и двата предусилвателя(микрофонен / инструментален) да имат аналогов линеен изход на гърба на устройството

-Като изключим конвертора и някои специализирани чипове(SPIDF интерфейс, евентуално специализиран ОУ за микрофонния предусилвател, ако се ползва импулсно захранване, съответната ИС) целта на проекта е да ползва леснодостъпни компоненти(популарни ИС, популярни билолярни и полеви транзистори). Изобщо идеята е, това да е малко или много, бюджетен проект.

 

 

 

Ще се радвам, ако има желаещи за реализация на такъв интерфейс, както и на всякакви препоръки и насоки.

Редактирано Февруари 13, 2014 от Evtim Djerekarov

[blr]

Похвална инициатива!

 

Както споменаваш, реализацията няма да е проста и евтина, особено след като ще има и микрофонен предусилвател. Не знам до каква степен ще е оправдано комбинирането на микрофонен предусилвател с ADC/DAC чип с 16-битова резолюция. Ако се цели качество на предусилвателите, цената бързо може да стане сравнима с тази на готовите изделия с 24-битова резолюция.

 

Behringer използват този чип в линейните си USB интерфейси (UCA202/222), като цената е под 60 лв. Качеството е изненадващо, като се има предвид цената и репутацията на марката, разликата с всяка вградена звукова карта е лесно чуваема.

 

Пожелавам успех и ще следя развитието на темата с интерес!

[Evtim Djerekarov]

Микрофонния предусилвател трябва да е добър, но не непременно "висок клас". Гони се минимална цена с приемлив резултат.

Може да се ползва например вариант на тази доста популярна дискретна схема:

http://www.sound.westhost.com/project66.htm

...или предусилвател, базиран на SSM2017 , INA103 или INA217.

Ясно е, че с конвертор с около 90dB SNR, интерфейсът няма да може да се конкурира със студийните такива.

Целта е по-скоро да се направи интерфейс, в който всички компоненти са така подбрани, че да се извлече оптималната производителност от кодек чипа, но не много повече от това.

Все пак, повечето вградени/нискобюджетни карти и интерфейси на пазара обикновено или нямат предусилватели, или имат доста компромисни такива. Да не говорим, че висок jitter, странни прослушвания от цифровата част на схемата и други подобни проблеми са масово явление. Идеята на такъв проект е, да извлече максимума от кодек чипа при минимизиране на горните ефекти, така че да се получи един удобен домашен интерфейс за домашни записи и слушане на музика, без цената да обезмисли начинанието.

 

Например, SPDIF интерфейса, слушалковия усилвател и усилвателя на мощност, могат да не се монтират на платката при липса на необходимост от тях, а ако ги има, може да се предвиди и възможност да се ползват самостоятелно.

Редактирано Февруари 13, 2014 от Evtim Djerekarov

[emosms]

Изби рибата

Защо си сложил такова име на темата: Group Buy PCM2902 / DIY USB soundcard

Ще има доста други компоненти и едва ли разликата в цената на купуване на 1 или 10 чипа е толкова от значение при разработка на прототип, а и защо са ти 10 в началото.

Разбирам, ако събираш хора които да подкрепят общия бюджет по разработка, която разработка изглежда да е и основния акцент на темата, не конкретно някаква групова покупка.

---

За преампа - възможно ли е една схема на преамп да изпълнява функции и на линеен вход, вход за динамичен микрофон, вход за кондензаторен микрофон, инструментален вход, с превключване на на импедансите на входа?

 

SPDF - при 16 бита доколкото прочетох, не се очакват някакви предимства от такъв интерфейс, с изключение самото удобство от таквъв вход/изход според наличната апаратура.
 

На мен повече ми звучи като разработка на мини микс конзола с универсален премап - два канала, и вграден аудио интерфейс към него.
В общи линии, разликата с готови такива бюджетни решения, без да познавам детайли, ще е наличието на инструментален вход.

Също и с по-високо/двуполярно захранване - евентуално да позволява по-добра динамика.

Допълнителния bright switch може да е интересна опция, но пък готовите решения имат някакво EQ, някои малко по скъпи мисля имат compressor/limiter за микрофонния преамп.

---
п.с. специално за драйвера, не съм сигурен до колко драйвера на беринджър е същия като asio4all.
Работи не лошо.

Редактирано Февруари 13, 2014 от emosms

[Evtim Djerekarov]

Сложих такова име, защото точно кодека е по-труднодостъпна част. Освен това, много от "екстрите" могат и да не се монтират.

Освен това, идеята не е само за групова покупка, а и за групова разработка преди това, с цел по-добър краен резултат.

SPDIF поддръжката би била просто интересна добавка, особено в комбинация с други SPDIF хардуери.

За преампа - не съм срещал такава схеми засега, без това да е свързано с някакви компромиси.

Идеята е далече от мини-конзола. Идеята е, да се направят предусилватели и усилватели(слушалков, на мощност) в една кутия, като може да се избира откъде интерфейса записва, а освен това предусилвателите/усилвателите, да могат да се ползват самостоятелно. Нещо като прилично измислено китайско 5-in-1.

 

@blr: Би било много добре да се ползва по-добър кодек, но за съжаление, не знам да има 24bit/96kHz готови кодеци с USB поддръжка за директно вграждане. Обикновенно USB трансивъра е най-пипкавата част от разработката на външен звуков хардуер и именно там е скрита лимонката, всяка фирма си пази фърмуера. На практика това е сърцето на повечето звукови карти. Има нелоши конвертори с I2S изход на доста прилични цени, просто I2SUSB асинхронния трансивър е огромен проект сам по себе си, да не говорим, че би изисквал лицензиране като USB устройство.

Редактирано Февруари 13, 2014 от Evtim Djerekarov

[Evtim Djerekarov]

Ето чиповете, които успях да намеря след известно търсене. Можете да разгледате и да дадете вашите предложения, ако смятате, че изборът е неправилен. И все се питам - защо производителите, които правят Guitar Link са избрали именно PCM2902...

 

VIA: http://www.via.com.tw/en/products/audio/usb/index.jsp

 

Conexant: https://www.conexant.com/Product/Audio/usbaudio/Pages/default.aspx

 

CMEDIA: http://www.cmedia.com.tw/ProductsIndex/ClassifySerno-26.html

 

TEXAS INSTRUMENTS: http://www.ti.com/lsds/ti/audio-ic/usb-codec-product.page

 

AKM: http://www.akm.com/akm/en/product/detail/0020/#t05

[emosms]

Много дълбоки води

Доколкото разбирам, чипа за ad-da конверсия трябва да е 'usb' кодек, т.е. директно да съпортва usb протокол и да може да се свърже в такъв порт.
Всичкото това да може да се подкара без embedded програмиране и развойна платка. Така ли е?

 

Може би най-добре ще е да се избере въпросния чип PCM2902, който има откъде да се купи, дори си посочил схема и проект за платка.

Не мисля че другите ще са по-евтини, не съм търсил усилено де..

 

Освен ако не те блазни да избереш чип с 24 бита конвертиране, както и за някои видях възможности за dsp. 

За последното не съм информиран, сигурно трябва развойна платка и нещо да се програмира и става още по-тясно специализирана и експертна работа.

[Evtim Djerekarov]

Да, трябва да е USB codec, който си има вграден трансивър и фърмуер, който кара компютъра да го разпознае като стандарно устройство от клас 'USB Audio Device'. Разбира се, най-добре е, да се напише съвсем отделен фърмер и драйвер, обаче това изисква прекалено много време за проект като този. VIA имат 24/96 кодек, но в момента никъде не виждам да се продава на дребно, а и не е известно какви качества има.

Ползвайки спецификацията 'USB Audio Device', устройството може да работи на много различни платформи/операционни системи, без необходимост от писане на специален драйвер.

 

Ако човек тръгне да прави свое решение със по-скъпи конвертори, трябва да го реализира с няколко интегрални схеми - именно ADC/DAC, най-често с I2S интерфейс, които комуникират примерно с чип, който е някакъв I2S то SPDIF интерфейс, понеже има USB SPDIF чипове като въпросния PCM2902, които пък си се разпознават като USB Audio Устройство. Иначе, ако човек иска да прави свой трансивър, трябва да разполага с доста бърз микроконтролер или FPGA, в което да създаде USB интерфейс, отговарящ на USB спецификациите, и да го програмира да се представя като USB аудио устройство. Това е голяма по обем и много пипкава работа, която обезмисля всичко друго, освен серийно производство на по-висок клас инферфейси. А идеята сега не е такава.

 

Една от причините, поради които искам да има S/PDIF входове и изходи е именно, че ако в бъдеще на човек му хрумне да ползва по-качествени 16/48 ADC/DAC, може да направи отделни платки със ADC/DAC и I2SSPDIF конвертор и да ги ползва заедно с така изградения интерфейс.

 

ПС:Още нещо: 24 бита звучи добре, обаче в общи няма(а и вероятно няма да има) истински 24-битови конвертори. Това би означавало SNR от 144dB, което е непостижимо, поради чисто физически причини. На практика, никой конвертор не е над 21/22 бита, като 22 бита изискват много специализиран конвертор, който освен всичко друго, не е много икономичен като консумация. В противен случай, най-низшите 3-4 бита винаги са шум.

Хора, които убедено твърдят, че чуват разлики между 18-19 и 24 битов конвертор, или си въобразяват, или чуват други неща (различен jitter и т.н.).

Редактирано Февруари 13, 2014 от Evtim Djerekarov

[Evtim Djerekarov]

Схеми на микрофонни и инструментални предусилватели се срещат достатъчно в нета, единственото, което трябва да се направи е, да се сложат индикатори за ограничаване. Това само по себе си означава две неща:

 

-Ограничаване в самата аналогова част на предусилвателя.

-Ограничаване/защита, поради ограничения размах на входното напрежение, което аналоговите входове на кодек чипа могат да понесат.

 

Докато при първия тип изкривяване, изкривен сигнал имаме налице и на линейните изходи на предусилвателя(отзад на панела), във втория случай, това не е задължително, тогава е възможно да имаме изкривяване само на входа на кодека.

Това може да наложи отделна регулация на чувствителността на предусилвателя и на "входно ниво" към кодек чипа.

Индикацията може да се реализира с двуцветен диод, за да се различават визуално двете състояния. При наличие на двете едновременно, диодът ще светне в междинен цвят. (примерно, при червено-жълт диод - оранжево).

 

Ако има желаещи да допринесат за реализацията на подобен проект(в страни от общите приказки), можем да започнем да обсъждаме аналоговата част утре. Например, може да обсъдим схеми (в съотвения бюджет) на предусилватели (инструментални/микрофонни), както и възможностите за доработки по тях(защити, индикации, регулация, филтри..). Ще се радвам на участие, тъй като при тия неща не се чувствам точно в свои води.

[Evtim Djerekarov]

При така написаните спецификации горе, ако трябва да направя една мръсна скица на панела на микрофонния предусилвател, си представям нещо такова:

 

 

Може и да има трето копче Enable, което напълно го включва/изключва от аудио пътя към кодека.

 

ПС: А.. и разбира се, копче за фантомно захранване, с индикатор.

Редактирано Февруари 13, 2014 от Evtim Djerekarov

[g_vayov]

Гледам в описанието на PCM2902 се мъдри "Not Recommended for New Designs". Може би ще се спира от производство... Набързо прегледах какво има в групата audio codecs/usb и струва ми се PCM2906 е с близки параметри.

[Evtim Djerekarov]

Replaced By PCM2902C – The device has the SAME FUNCTIONALITY and PINOUT as the compared device but is NOT an exact equivalent.  

 

[g_vayov]

За микрофонния, а защо не и за инструменталния...

http://bg.farnell.com/texas-instruments/ina217aip/ic-instr-amp-800khz-100db-pdip/dp/1212423

http://bg.farnell.com/texas-instruments/ina126u/ic-amp-instrumentation-soic8-126/dp/1212409

http://bg.farnell.com/texas-instruments/ina2126pa/amp-dual-instrumentation-2126-dip/dp/1417403

[Evtim Djerekarov]

Да, операционните усилватели от серията INA са една популярна възможност, най-вече INA217.

В документацията на INA217 е дадена примерна схема, която има усилване по напрежение от 7.21(17.1dB) до 1251(61.9dB), като схемата може да се коригира за усилване от да кажем 6dB до 60dB. Има фантомно захранване, към което е добре да се прибави и индикатор.

 

http://www.farnell.com/datasheets/1762707.pdf

 

Ако се добави към схемата и един clip индикатор, то схемата прави един добър кандидат за нашия микрофонен предусилвател.

Потенциометърът, който се ползва трябва да е антилогаритмичен, за да е линейна зависимостта. Друг вариант е, да се ползва галетен превключвател с калибровани съпротивления.

 

Изходът на микрофонния предусилвател може да излиза директно отзад на устройството, а посредством превключвател, да се включва към нашия кодек(само към левия или към двата канала).

 

По-скоро, трябва да имаме два(ляв и десен) предусилвателя с регулируемо усилване(и затихване), които имат защита от пренапрежение(на кодек чипа) и отделни индикатори за Clip. Именно входовете на тия предусилватели имам предвид, като казвам "вход към кодека".

 

Не знам дали тия ОУ са най-подходящото решение за инструментален вход, или не е по-добре(и по-евтино/просто) да се направи относително стандартно JFET входно стъпало, както на повечето китарни апаратури. Може стъпалото да има, да кажем, генератор на ток в сорса, за по-добра линейност, или пък друго подобно решение. Възможно е, стига да осигурим достатъчно голям допустим размах при входното стъпало, след така направения "повторител" да имаме регулатор на усилването, изпълнен с по-обикновен ОУ, например TL072... Не знам кое би се оказало по-повтаряемо, евтино и най-вече безшумно решение.

 

При така оформящ се проект, трябват 5, +15, -15 и +48V захранвания.

Ако устройството се проектира така, че слушалковия предусилвател и евентуалния усилвател на мощност работят с външно захранване,

може да се проектира импулсно захранване, което създава +-15 и +48 от 5-те волта на USB порта, така, че устройството да може да записва и без външно захранване, когато не е необходимо да се ползват усилватели на мощност.

 

Сега трябва да разберем, какъв е максимално допустимия размах на изхода на INA217 спрямо захранващите напрежения, за да можем да направим индикатор за CLIP в аналоговата част.

Редактирано Февруари 14, 2014 от Evtim Djerekarov

[g_vayov]

Напрежението в изхода V_p-p e сумата от захранващите - 4 V.

Не е ли по добре да се целим, не в максималните възможности на предусилвателя, а в необходимото ниво за следващото стъпало. Защо да показваме ограничение при 9 волта RMS (изходние възможности на предусилвателя) след като линейния вход след него е претоварен още при 1,2 волта RMS.

Има си стандарти за нива и импеданс при преноса на аудио сигнал. Ще е полезна една блокова схема с разписани на нея нивата на сигналите.

Редактирано Февруари 14, 2014 от g_vayov