Дискретные стабилизаторы и операционные усилители


(Valentin) #1

В поисках “своего звука”, перепробовав множество ЦАПов, и после серии удачных опытов с АРМ платформами, решил собрать еще один сетевой плеер-транспорт, на известном чипе от AKM AK4490EQ.

Это проект у меня длится уже почти год, всё это время шел неторопливый подбор каждого из компонентов этого пазла. Проверялись различные схемы питания, обвязка выходного узла.
Каждый раз что-то не устраивало, что-то недоставало в звуке, не “цепляло”. Приходилось откладывать все в сторону, и искать, искать…

И вот, как я думаю, настал черед переходить от макета в нормальноый корпус, и формлять законченное устройство.

Попробовав ранее, использовать в своих конструкциях дискретные стабилизаторы, осталось стойкое ощущение что там есть еще нераскрытый потенциал, решил заодно попробовать что из себя представляют дискретные операционные усилители. Были сомнения что там есть “звук”, так как на рынке совсем немного кто производит такие устройства. Поиски на просторах интернета привели меня на сайт sparkoslabs.com. После изучения документации на изделия и общения с Эндрю, было принято решение попробовать всю гамму их продуктов, а именно дискретные стабилизаторы и операционный усилитель. Заранее забегая вперед, хочу сказать что был приятно удивлен увлеченностью и энтузиазмом Эндрю. Он ответил на все вопросы и дал ценные советы по использованию своей продукции. Очень открытый и общительный человек и талантливый инженер, что сегодня редкость. После беседы с ним, интерес попробовать его продукцию вырос еще больше. После месяца ожиданий, почта порадовала звонокм о пришедшей посылке.

Что же было внутри?


Вот так, всё заботливо упаковано и разложено по пакетикам. Каждый установочный комплект в отдельно пакетике - мелочь, но черт, как же приятно когда о тебе думают и заботятся.

Итак приведу описание, благодаря чему я нашел то, что искал:

Discrete Voltage Regulators SS1117-5 и SS1117-3.3

Discrete Op Amps SS3602

Чем же хороши дискретные регуляторы? Дискретные регуляторы напряжения будут превосходить все монолитные регуляторы напряжения в корпусе TO-220 по многим параметрам, таким как: уровень шумов, переходном отклике и точности поддержания напряжения.

В приведенной ниже сравнительной таблице, видно превосходство устройств Sparkos Labs по сравнению с распространенными монолитными регуляторами напряжения.

Voltage-reg-comparison

Дискретная конструкция этих устройств позволяет использовать многочисленные конденсаторы, и прочие электронные компоненты, которые невозможно изготовить в монолитной ИС. Тут есть выходной развязывающий конденсатор, который устраняет необходимость добавления внешнего. Усилитель ошибок устройства также полностью дискретный и основан на дискретном же, операционном усилителе SS3601, слегка модифицированном для этого применения. Внутренний источник опорного напряжения является точный шунт с фильтрацией RC цепью для очень низкого коэфициента шума.

Корпусировка: Эти дискретные устройства являются самыми маленькими на рынке и имеют отличную механическую совместимость при замене. При ширине всего в 11,4 мм эти устройства всего лишь на 1,3 мм шире стандартного корпуса TO220, что позволяет им входить в самые узкие радиаторы. Они достаточно короткие, чтобы соответствовать существующему монтажному отверстию радиатора в вашем существующем оборудовании. Крепежное отверстие полностью открыто, печатная плата никоим образом не мешает нормальному монтажу. Это означает, что больше не нужно ловить винт через небольшое отверстие на печатной плате или вырезать отверстия в верхней крышке вашего оборудования. Выводы выходят в том же месте, что и стандартного стабилизатора TO220, когда они установлены через крепежноеотверстие, на радиатор, и поскольку они доступны в 3 разных распиновках, вам не придется паять гибкие выводы или перекрщивать выводы, чтобы припаять их на штатное место. Всё встаёт идеально на свое место.

Кратко приведу харакетристику:

125dB подавление пульсаций
3uV RMS напряжение шумов
Отличный переходный отклик
< 2V падение напряжения
Сохраняет стабильность с керамическими и Low ESR выходными конденсаторами
1 Amp выходной ток (есть внутренняя защита и ограничение)
Полностью дискретный дизайн - вплоть до усилителя ошибок
10uF выходной конденсатор
Прецизионные тонкопленочные 0.1% резисторы
+/- 1.5% точность поддержания выходного напряжения
Доступны версии с позитивным и негативным выходным напряжением от 3,3 до 24 вольт
Стандартная распиновка применяемая в индустрии (LM317 или LM78xx)

Вот так они выглядят в сравнении с “коллегами по цеху”:

Вид сбоку:

Всё что нужно для монтажа:

Вот так происходил процесс имплантации стабилизаторов:
После удаления старых LM317 и ненужных элементов:

Готовое устройство:



Всего использовано 4 отдельных стабилизатора: 2шт по 5Вольт - раздельное питание линиий левого иправого каналов ЦАП и 2 шт по 3.3Вольта - один на аналогвую линию и один на цифровую.

Итог:

Для питания выходной микросхемы SS3602 был использован двухполярный стабилизатор в классе А, на основе шунта, с напряжением +/-12Вольт.

А чем нас порадуют дискретные операционные усилители?


Настоящий 100% Class A !!!

Да, да в этой изящной, миниатюрной платке размером с ноготок, реализован настоящий Class A.
Дискретные операционные усилители SS3601 / SS3602 превзойдут практически все монолитные микросхемы в звуковым классе, в усилении с разомкнутым контуром, шумовой характеристике, выходном токе и величине тока смещения класса А. Даже желанный OPA627 монолитный операционный усилитель с ценой более 25 долларов имеет коэффициент усиления менее 30 дБ и примерно вдвое превышает шум этих дискретных операционных усилителей.

В приведенной ниже таблице подробно описывается превосходство дискретных операционных усилителей Sparkos Labs.
Op-amp-comparison

Дискретные операционные усилители Sparkos Labs основаны на топологии Lin 3 Stage, состоящей из дифференциальной пары входного каскада, стадии усиления (VAS) и выходного каскада, все смещенные в режиме класса A с двухполюсной компенсацией. Все активные устройства - это Bipolar Junction Transistors (BJT) для максимальной линейности и гибкости, которые может предложить любое кремниевое устройство. Устройства полностью защищены от перегрузки по току с помощью схемы ограничения тока на выходных и усилительных ступенях, а также защищены от больших дифференциальных входных напряжений высокоскоростными диодами Шоттки на входах.

Входной каскад этих устройств состоит из пары пар с двойным сопряжением NPN BJT. Это означает, что входы устройства имеют небольшой входной ток смещения (указанный как Ib), который будет поступать в устройство. Каскодное зеркало тока Wilson используется как активная нагрузка для входной дифференциальной пары для точного совпадения тока между входными парами транзисторов.

Краткие характеристики:

140 dB Open Loop Gain
415nV RMS (2.9nV√HZ) шумы
Питание +/- 18 Vcc Max
15mA Class A выходной ток
65mA максимальный выходной ток
14mA портебление
< 300µV Typical Offset
Оптимизирован для применения в аудио
Доступны 1 и 2 канальные варианты
DIP8 корпусировка
Позолеченные пины
100% Class A
NPO конденсаторы
1% металлопленочные резисторы

Подводя итог:

Благодаря знакомству с Эндрю Спарксом, я попробовал и нашел тот самый рецепт, тот самый звук что так долго искал.

Спасибо за его чудеса миниатюризации, которые вдохнули душу и теплоту в звук моего устройства. Я действительно услышал тот самый Velevt Sound, динамичное воспроизведение звука с большим объемом информации, всё как обещали разработчки это чипа. Он дает большую мягкость, чем все современные чипы, да и старые тоже, при высочайшей детальности!
Дискретное, правильно спроектированное и реализованное в железе, раздельное питание всех компонентов, позволяет достичь невероятной синергии всех компонетов - система становится единым целым, уже не нужно слушать усилитель или цап в отрыве от него, слушаешь ЗВУК и получаешь наслаждение. Вовлекатор на все 200%.

Благодаря дискретному операционному усилителю SS3602, установленному в ЦАП, после недельного прогрева звуковое полотно становится 3D-подобным, в паузах наступает полнейщая тишина. Разделение каналов просто превосходное, мозг и уши полностью расслабляются и получают истинное наслаждение. Перкуссии, гонг, воспроизводится очень реалистично, все ударные иснтрументы выдают очень артикулированный, но не навязчивый звук, именно то чего ожидаешь от исполнителя. Клавишные,смычковые и духовые инструменты действительно оживают. Передаются тончайшие ньюансы вокала и других акустических инструментов, очень подробно, но не хирургически стерильно а живо и очень аналогово. Кажется, что нет ограничения по динамическому диапазону, так всё натурально и реалистично звучит. Это можно сравнить с ситуаций когда сидишь в закрытом офисе и вдруг вышел на высокий берег возле теплого океана на закате и полной грудью вдохнул свежего воздуха. Звук льется прямо во внутрь сознания, одним единым потоком, не отвлекая на детали, но в тоже время ничего не скрадывая и не маскируя. Есть ощущение, что это полностью аналоговое устройство. Никаких намеков на цифру в звуке. Богатый, насыщенный тональный баланс, шикарная сцена, объем и пространство звукового полотна просто завораживают. Отличное разделение каналов, создает впечатление полностью моноблочной конструкции от входа и до самых акустических систем. Хочу выразить свое уважение и отдать должное высочайшему техническому уровню разработки дискретных устройств, всему коллективу, и лично Эндрю, который оказался очень отзывчивый и приятный в общении человек.

Специально для нашего сообщества, он любезно предоставляет скидку на приобретение его продукции.

Думаю что данное изображение очень точно характеризует результат.


(Александр) #2

Итоговый проект покажете ?


(Антон) #3

На чем слушали, сетап какой?


(Valentin) #4

Сейчас в дороге, сильно не с руки писать, чуть позже отвечу на все вопросы. Извиняюсь.


(Марат) #5

Я люблю хорошие отзывы о дуерах, наших или импортных.
Только - честные.
Скажите мне, какой теплоотвод нужен дискретному оперу при стандартном питании ±15 (т.е. 30) вольтей, который смог бы пахать в классе А на те же 600 ом, что и древний добрый 5534? У последнего шумы, кстати, 4нВ на корень из герца.


(Valentin) #6

Марат, я сомневаюсь что Эндрю является дуером - у него практически промышленное производство. Про честность - я где то соврал?
Ну даже если посчитать совсем грубо и по детски: Class A Output Current - 15mA * 24V = 0.36Wt - разве это проблема? и почему именно на 600Ом?
Померил температуру чипа - после 12 часов работы (стоит на прогреве, гоняю музыку) = 42-44 градуса

Voltage Noise Density DC - 20 KHz Bandwidth 2.9 nV/√Hz

А еще лучше сразу глянуть даташит - может я что-то упустил: https://sparkoslabs.com/wp-content/uploads/2018/03/SS3601_SS3602.pdf


(Valentin) #7

Акустика Canton CT 100


Усилитель Pioneer A-717 reference stereo amplifier


a-717(1)

Акустические и межблочные кабеля своей работы.


(Valentin) #8

Как закончу строгать корпус - покажу.


(Anton) #9

Проблема ОУ не в том, что он в классе В - это легко обходится. Не в параметрах - см. параметры современных схем.
Проблема в том, что ОУ это универсальная схема, и эта универсальность накладывает на микросхему серьёзные ограничения.
Если вы повторите на дискрете ОУ, то получите просто другой ОУ.


(Valentin) #10

Полностью согласен. Он действительно другой. По характеру звука очень напоминает знаменитые MUSES, но со своим почерком.
П.С. Кстати попробовав там различные чипы (LT, AD, TI), пришел к выводу что самый “вкусный” звук получаем или от такого дискретного ОУ или от MUSES, хотя ранее они никак не впечатляли ни в одной схеме. Вот такая синергия случилась.


(Anton) #11

А дискретный стаб - это вообще просто так.


(Valentin) #12

Эээ… производите - мы с удовольствием попробуем.


(Anton) #13

Это невозможно производить. Схема расчитывается и оптимизируется под конкретную задачу. Её нельзя просто так взять и поставить вместо какого-то ОУ.


(Anton) #14

Преобразователь ток-напряжение это одна схема. ФНЧ - другая схема. Полностью дифференциальный ФНЧ - третья схема. Выходные буферы - четвёртая схема.
Схема преобразования дифференциального сигнала в недифференциальный - пятая схема.
И это все в одном ЦАПе.


(Valentin) #15

Антон, вы всё говорите правильно, но какое это практическое отношение имеет к тому что тут обозревается?


(Anton) #16

К тому, что перебор ОУ - это совершенно пустое занятие. А дискретные они или нет - не имеет значения.


(Valentin) #17

Ну вот и выяснили, вот и хорошо. Ваше мнение как технически грамотного человека нам ценно, но всё таки, вы же не питаетесь только перловкой? Хотя в теории можно прожить питаясь только ей.
Учитывая ваш богатый технический опыт, может вы посоветуете нам что будет правильней поставить ны выходе именно этого ЦАПа?


(Сергей Михайлов) #18

Что за цап? AK4490?


(Anton) #19

Поскольку дельта-сигма это микросхема имеющая низкое разрешение и большой уровень ВЧ шумов, а конкретно эта микросхема имеет выход по напряжению, то рационально начать аналоговую часть с пассивных ФНЧ фильтров, затем поставить активный дифференциальный фильтр и закончить схемой преобразования дифференциального сигнала в недифференциальный.
Если же вы хотите ограничится перебором ОУ, то взять что-то типа OPA134.


(Valentin) #20

Отлично, а послушать после? Если почитать выше я писал что на эту “вакансию” пробовались оперы от разных производителей, в том числе там была и OPA2134 - увы, она проиграла по звуку другим претендентам.