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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Stromversorgung Audio DAC (Analogteil)


Autor: roffez (Gast)
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Ich bin nicht so in der Analogtechnik zuhause, daher brauche ich mal 
einen Expertenrat: Ich möchte einen Audio-DAC mit CS8416 und PCM1794 
bauen. Die Analogausganangsstufe des PCM1794 (I/V-Wandler usw.) benötigt 
eine saubere symmetrische Versogungsspannung.
Allerdings habe ich nur +5V zur Verfügung, daher hab ich mir folgendes 
gedacht:

5->+/-15V DC/DC Wandler (Murata NMH0515), in die +15V und die 
-15V-Leitung ein Chipferrit gegen Transienten, LC-Filter um den Ripple 
zu reduzieren, dann rauscharme +/-LDO (LT1761/LT1964) und ggf. nochmal 
Chipferrit.

Kann das so funktionieren? Würdet ihr eher auf eine hohe PSRR der LDO's 
zu achten oder eher auf geringes Ausgangsrauschen?

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Wenn Du schon den CS8416 nimmst, warum dann nicht auch den CS4344 oder 
CS4334? Kommen mit Single-Supply aus und benötigen nur wenige externe 
Bauteile.

Autor: roffez (Gast)
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Möchte eben was high-endiges machen.... günstiger und einfacher hab ich 
schon gemacht (mit UDA1351TS, SPDIF Receiver und DAC in einem).
Nach direkten Umschaltvergleichen PCM1794 <> UDA1351TS sagen mir meine 
Ohren jedenfalls dass sich der Aufwand lohnt.

Aber dass muss nichts heissen... man kann über Klangqualität genauso 
streiten wie über das richtigen Betriebssystem oder die beste uC-Familie 
:-).

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Ich sage nur "Jung super regulator". Google einfach mal danach und Du 
wirst sicherlich fündig. Sogar im Wiki gibt's 'n Eintrag dazu.
Wenn Du also mal was richtig Gutes bauen willst, ist das jedenfalls ein 
Anfang.

Ansonsten geht das mit den DC/DC-Wandlern grundsätzlich schon.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Wobei das Design des Regulator von Dr. Wisotzky den Jung-regulator noch 
toppt. Es wird da sehr elegant das lineare Stellelement in den 
Regelkreis mit einbezogen und damit die endliche slew-rate des OP 
geschickt als nicht mehr primär limitierender Faktor heraus designed.

Andrew

Autor: Paul Baumann (Gast)
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>Es wird da sehr elegant das lineare Stellelement in den
>Regelkreis mit einbezogen und damit die endliche slew-rate des OP
>geschickt als nicht mehr primär limitierender Faktor heraus designed.

Das hast Du schön gesagt. Solche Gedanken gehen mir bei Anblick schöner 
Frauen auch durch den Kopf...;-))

schnell fort hier
Paul

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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>Nach direkten Umschaltvergleichen PCM1794 <> UDA1351TS sagen mir meine
>Ohren jedenfalls dass sich der Aufwand lohnt.

Okay, dann hör Dir den CS4344 mal an! Auf jeden Fall würde ich Dir nur 
einen Schaltregler mit sehr hoher Schaltfrequenz empfehlen, da Du Dir 
sonst Störungen einhandelst, die Dein DAC nicht mehr filtern kann.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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@Paul: Wuuuhuuuhaaahaaa!

Autor: Rolf E. (Firma: Appsys ProAudio) (roffez)
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Travel Rec. wrote:
>>Nach direkten Umschaltvergleichen PCM1794 <> UDA1351TS sagen mir meine
>>Ohren jedenfalls dass sich der Aufwand lohnt.
>
> Okay, dann hör Dir den CS4344 mal an! Auf jeden Fall würde ich Dir nur
> einen Schaltregler mit sehr hoher Schaltfrequenz empfehlen, da Du Dir
> sonst Störungen einhandelst, die Dein DAC nicht mehr filtern kann.

Ok, CS4344 auf die To-Hear-Liste genommen :-) Auch wenn die technischen 
Daten nicht an den PCM1794 heranreichen, aber die Ohren sagen vllt. was 
anderes.

Der Murata-Wandler hat 95kHz Schaltfrequenz, die kann man jedenfalls 
nicht hören. Der Digitalfilter im Noch lieber wär mir einer mit SYNC 
gewesen, dann könnte man die Schaltfrequenz direkt aus der Wordclock 
ableiten (die entfernt der digitale Filter im PCM1794 dann vollständig). 
Aber ich hab keinen DC/DC Wandler gefunden der sich von 44.1 bis 192kHz 
betreiben lässt, und Selbermachen trau ich mir dann doch nicht zu.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Der PCM1794 ist ´ne Mogelpackung, da die guten Performance-Daten aus dem 
Datenblatt technisch nur schwer realisierbar sind, da die 
nachgeschalteten Filter aus 3 OV-Stufen + Hühnerfutter das Signal 
bestimmt nicht besser machen und deren Versorgungsspannung muß wirklich 
astrein stehen, ganz zu schweigen von der Masseführung. Die 
Ausgangssignale des CS4344 durchlaufen im einfachsten Fall noch 3 
Widerstände und 2 kondensatoren und sind dann direkt verfügbar. Die 
Filterung und Aufbreitung der Analogsignale erfolgt komplett on-chip.

Autor: exakte Phase (Gast)
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Naja, wenns um den besten DAC-Chip gehen soll: Kauf dir den PCM1704, so 
lange du ihn noch bekommst... Das war der letzte halbwegs gute aus dem 
Hause TI / BB, seit sie den PCM63 abgesägt haben. Letzterer klingt mit 
seinen 20 Bit besser als die neuen 24er und wird zu astronomischen 
Preisen gehandelt. Die technischen Daten... naja... sind halt nicht die 
ganze Wahrheit.

Macht aber keinen Sinn, sich über solche Nuancen zu unterhalten, wenn da 
noch ein DC/DC-Wandler von der Stange in der Schaltung sitzt.

Ich würde an deiner Stelle langsam anfangen. "Jung Super Regulator", das 
sind alles Schlagwörter, die erstmal mit Inhalt gefüllt werden wollen. 
Außerdem muß man so ein Design richtig implementieren und sich vor allem 
fragen, ob es für den Zweck überhaupt geeignet ist. Überhaupt ist es die 
Frage, ob eine Audioschaltung mit dem "idealen" Netzteil (Ri=0, 
unendlich schnell) wirklich gut klingt. Ich bin jedenfalls sehr 
skeptisch diesen rein theoretischen Ansätzen gegenüber, bei denen 
bestimmte technische Parameter einer Schaltung optimiert werden.

In der Praxis, und um die geht es ja hier, hat man mit einem einfachen 
Netzteil ohne Rückkopplung oft klanglich hervorragende Ergebnisse. Damit 
sind alle integrierten LDOs schonmal raus.

Leider könnenn viele Ingenieure heute nur noch Blackboxen miteinander 
verdrahten. Das Wissen um gutes analoges Schaltungsdesign geht verloren. 
Also traut sich keiner mehr, eine Zenerdiode und einen Transistor als 
rauscharmen "Spannungsregler" zu bezeichnen, obwohl die Kombination für 
Audioschaltungen - richtig umgesetzt - gar nicht mal schlecht ist. Das 
Regelverhalten ist nicht so schön wie beim LTxxx, aber das ist für eine 
analoge Audioschaltung völlig egal. Auch schön ist der "Capacitance 
Multiplier", kennt heute keiner mehr.

Ich kenne High-End-Vorverstärker für xx.xxx €, die haben ausschließlich 
eine passive Filterung hinter dem Gleichrichter, bis zur 
Verstärkerschaltung findet man da keinen einzigen Spannungsregler. Die 
werden sich schon was dabei gedacht haben.

Da es erwähnt wurde, die Strom-/Spannungskonversion mit einem OP zu 
machen, ist das letzte! Das kommt auch aus diesem Blackbox-Denken. Man 
schlägt das Kochbuch auf, OP-Grundschaltungen, I-/U-Konverter, 
Widerstand berechnen, fertig. Ohne nachzudenken, welche Eigenschaften an 
dieser Stelle wichtig sind. Leider geben die Hersteller das in ihren 
Datenblättern so vor und viele Hersteller von Audiogeräten kopieren 
genau diese Schaltung. Wenn du dir klanglich einen Gefallen tun willst, 
werde hier kreativ.

Autor: Rolf E. (Firma: Appsys ProAudio) (roffez)
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exakte Phase wrote:
> Naja, wenns um den besten DAC-Chip gehen soll: Kauf dir den PCM1704, so
> lange du ihn noch bekommst... Das war der letzte halbwegs gute aus dem
> Hause TI / BB, seit sie den PCM63 abgesägt haben. Letzterer klingt mit
> seinen 20 Bit besser als die neuen 24er und wird zu astronomischen
> Preisen gehandelt. Die technischen Daten... naja... sind halt nicht die
> ganze Wahrheit.

Hmm ja, das ganze wird vielleicht resp. hoffentlich mal ein 
kommerzielles Projekt, und da wollte ich nur "ACTIVE" Komponenten 
verbauen.

>
> Macht aber keinen Sinn, sich über solche Nuancen zu unterhalten, wenn da
> noch ein DC/DC-Wandler von der Stange in der Schaltung sitzt.

Wie gesagt hab ich nur +5V zur Verfügung (also nix mit beliebigen 
Spannungen aus selbergewickeltem Trafo usw.). Davon ausgehend will ich 
mit vertretbarem Aufwand das Beste machen, und ein DC/DC Wandler bietet 
sich halt an um auf eine symmetrische Versorgung zu kommen.
Das man dessen Ausgangsspannungen natürlich nicht ungefiltert verwenden 
kann, war mir klar.

> Leider könnenn viele Ingenieure heute nur noch Blackboxen miteinander
> verdrahten. Das Wissen um gutes analoges Schaltungsdesign geht verloren.

You're right: was Analogdesign angeht bin ich ein Blackbox-verdrahter 
(hauptberuflich SW-Entwickler... da ist halt eher 0/1-Denken gefragt).
Aber um eine seriöse Filterung zu entwerfen fehlt mir einfach das 
Know-how, daher hab ich diesen Thread gestartet.


> Also traut sich keiner mehr, eine Zenerdiode und einen Transistor als
> rauscharmen "Spannungsregler" zu bezeichnen, obwohl die Kombination für
> Audioschaltungen - richtig umgesetzt - gar nicht mal schlecht ist. Das
> Regelverhalten ist nicht so schön wie beim LTxxx, aber das ist für eine
> analoge Audioschaltung völlig egal. Auch schön ist der "Capacitance
> Multiplier", kennt heute keiner mehr.

Find ich höchst interessant, ich dachte immer Schaltregler mit LDO zur 
Filterung ist "common practice"... Aber Du hast recht, Regelverhalten 
ist schnurz, es kommt nur auf den Ripple bzw. das Rauschen an. 
Capacitance Multiplier sieht brauchbar aus.


> Da es erwähnt wurde, die Strom-/Spannungskonversion mit einem OP zu
> machen, ist das letzte! Das kommt auch aus diesem Blackbox-Denken. Man
> schlägt das Kochbuch auf, OP-Grundschaltungen, I-/U-Konverter,
> Widerstand berechnen, fertig. Ohne nachzudenken, welche Eigenschaften an
> dieser Stelle wichtig sind. Leider geben die Hersteller das in ihren
> Datenblättern so vor und viele Hersteller von Audiogeräten kopieren
> genau diese Schaltung. Wenn du dir klanglich einen Gefallen tun willst,
> werde hier kreativ.

Na ja, so abwegig finde ich das nicht, bzw. ich kann kein Problem dabei 
erkennen. Ich kenne etliche Diskussionen warum das 
TI/BB-Referenzdesign "lausige" NE5534 und sogar Konkurrenzprodukte 
(LT1028) enthält, und nicht die hoch gelobten und auch teuren 
Eigengewächse OPA627, OPA2134 usw. So richtig begründet wird das im 
Datenblatt nicht, aber in der Forumsdiskussion (an der sich auch die 
BB-Entwickler beteiligt haben) kam heraus, dass dies wohl der einzige 
Weg war die - zugegebenermassen beeindruckenden - technischen Daten zu 
realisieren. Ob das natürlich klanglich der Weisheit letzter Schluss ist 
sei dahingestellt... ich finde den Klang des Referenzdesigns trotzdem 
beeindruckend, hab aber vorsorglich mal alles gesockelt damit man 
tauschen und vergleichen kann (natürlich nur direkte Umschaltvergleiche 
zwischen zwei vershcieden bestückten DACs, alles andere ist m.E. nicht 
seriös, von wegen akustisches Gedächtniis usw.)

Autor: akkurate Phase (Gast)
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Du kannst den Opamp nehmen, er wird funktionieren. Das ist nicht die 
Frage. Er wird auch gute technische Daten bringen.

Nur, daß du eben einen sehr stark gegengekoppelten vielstufigen 
Verstärker aus zig nicht-linearen Transistoren mit einem Treppensignal 
mit ziemlich schnellen Flanken beschickst, denen dieses Ungetüm 
irgendwie hinterhereiern muß. Man müsste das eigentlich dynamisch 
messen, nicht mit einem 1kHz-Sinus @ 0dB, wie es für das Datenblatt 
gemacht wird.

Ein Vorteil dieser Opamp-I/U-Converter ist ihre niedrige 
Eingangsimpedanz. Die DACs mit Stromausgang möchten gerne in einen 
Kurzschluß arbeiten, Spannung am Ausgang quittieren sie mit 
Verzerrungen. Deshalb scheidet die naheliegendste Lösung aus: Mit einem 
Widerstand auf Masse und einfach die Spannung am Ausgang auskoppeln und 
weiterverarbeiten.

Jetzt bau mal einen diskreten Strom-/Spannungswandler, der eine niedrige 
Eingangsimpedanz (< 10 Ohm) hat und ohne Gegenkopplung auskommt! Lernt 
man das heute noch? Nein, deshalb sieht man überall die Opamps. Deshalb 
weiß auch keiner, was für einen klanglichen Unterscheid das ausmachen 
kann.

Die einfachste Schaltung, die ich mal gesehen habe, bestand aus zwei 
MOSFETs: Eine einfache Kaskode. So konnte der DAC in eine virtuelle 
Masse arbeiten, und am Ausgang der Kaskode wurde der Strom einfach in 
einen Widerstand abgeladen, der dann die Strom-/Spannungswandlung 
übernommen hat. Einfach, aber genial. Dürfte patentiert sein, die 
Schaltung.

Vielleicht gibt's ja in alten Büchern noch mehr Ideen zum Stichwort 
"Transimpedanzverstärker" ;)

http://de.wikipedia.org/wiki/Transimpedanzverst%C3%A4rker

(Wikipedia kennt auch nur den Opamp)

Autor: akkurate Phase (Gast)
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Und nochmal ein Wort zu den integrierten LDOs: Die filtern dir das 
Netzbrummen raus, keine Frage. Sogar ziemlich gut. Und was 
Regelverhalten und Spannungsgenauigkeit angeht, sind die sicherlich auch 
besser als die diskrete Einfach-Lösung.

Die Frage ist nur, wie durchlässig diese Elemente für mehrere Kilohertz 
bis Megahertz werden. Wenn das Datenblatt sich dazu ausschweigt, heißt 
es nicht, das die Werte gut sind.

Gegenkopplung. Eine Verbindung vom Ausgang zurück zum Eingang ist auch 
immer eine Verbindung vom Eingang zum Ausgang.

Der Längstransistor, an dessen Basis eine gut gefilterte Zenerdiode 
hängt, ist dagegen schon eine ziemlich "dichte" Barriere.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Wie auch immer, bei dem o.g. CS4344 Single-Supply DAC braucht der 
Kollege sich gar keinen Kopf um die Spannungsversorgung machen, weil ja 
alles schon vorhanden ist. Lediglich ein L/C-Filter in der Vcc-Leitung, 
gute Keramik-Blockkondensatoren am IC und eine saubere Masseführung und 
alles wird gut. Naja, 93db Dynamik und 0,001% THD sind zwar keine 116db 
und 0,0004%, aber ich denke nicht, daß man im direkten Vergleich den 
Unterschied hört. Man muß halt abwägen, ob das Risiko des komplexeren 
Aufbaus in der Tat mit besseren Kennwerten am Ende belohnt wird oder ob 
es nur zuätzlichen Ärger einbringt.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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exakte Phase wrote:
>
> Ich würde an deiner Stelle langsam anfangen. "Jung Super Regulator", das
> sind alles Schlagwörter, die erstmal mit Inhalt gefüllt werden wollen.
> Außerdem muß man so ein Design richtig implementieren und sich vor allem
> fragen, ob es für den Zweck überhaupt geeignet ist. Überhaupt ist es die
> Frage, ob eine Audioschaltung mit dem "idealen" Netzteil (Ri=0,
> unendlich schnell) wirklich gut klingt. Ich bin jedenfalls sehr
> skeptisch diesen rein theoretischen Ansätzen gegenüber, bei denen
> bestimmte technische Parameter einer Schaltung optimiert werden.
>


Ich habe mal die 8 pdf Files von der Walt Jung Seite geholt.
So als erstes Resumee:
- ein JSR ist ein Spannungsregler, dessen Regelverstärker von der Seite 
nach dem Längsregel-Element gespeist wird.
- die Diskussionen drehen sich u.a. seitenlang um Probleme wie die 
EMV-Empfindlichkeit des Reglers (Tuner in der Nähe beeinflußt den Regler 
bis zur Störung) sowie Start-up Probleme (mal geht's, mal nicht).
- hervorzuheben sind die Konsequenz mit der dieser Regler auf die 
Möglichkeit Sense-Leitungen zu nutzen sowie niedrigen Innenwiderstand 
(DC im Bereich 20 Mikroohm, langsam ansteigend auf Werte unter 100mOhm 
bei 200KHz) optimiert ist.


Wie exakte Phase  und akkurate Phase  schon deutlich machen: Es ist 
sicher gut eine "saubere" Betriebsspannung zu haben mit wenig 
"Dreckeffekten" bis in den Bereich >>20kHz.

Ob das Ergebnis beim Hören dadurch aber letztlich besser gefällt oder 
lediglich meßtechnisch nachzuweisen ist das der Eigenbau-Amp damit 
korrektere Übertragung aht: Das bleibt am einem  entsprechend hohen 
Klang-Niveau stets dem Hörer überlassen.


Wünsche dem TE weiterhin viel Freude und Experimentierglück, mit der 
Stromversorgung etwas zu experimentieren.

hthm
Andrew

Autor: Gerhard (Gast)
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Sorry,

aber der CS4344 ist nicht nur billig, sondern auch schlecht. Der Tip mit 
dem Keramikkondensator tut dann noch sein übriges. Entweder will man 
etwas gut klingendes bauen, oder halt nicht, dann kann man sich auf 
solche einfachen Lösungen zurückfallen lassen.

Der CS4344 ist daraufhin entwickelt, daß ein Hersteller mit so wenig 
Aufwand wie möglich den begehrten 24/192-Sticker auf seine Frontplatte 
pappen kann. Das Ding kommt nicht mal in die Nähe der dafür nötigen 
Analog-Performance!

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