26 февраля 2023 г.
Озадачил моего приятеля (mihail2501) его приятель. Ему нужно было подключить к компьютеру старый ЦАП по AES3 (AES/EBU). Он показал единственную доступную на тот момент аудио-карту, у которой есть такой выходной интерфейс. Глянули на цену и поняли, что так дела решать – не наш метод. Изучив вопрос, стало понятно, что AES/EBU отличается от обычного S/PDIF физическим каналом передачи вместе с электрическими уровнями сигнала и наличием флага PRO (Professional mode) в заголовке S/PDIF потока. Флаг в заголовке для конкретного ЦАП оказался опциональным, а сконвертировать уровни сигнала совсем не сложно (учитывая, что в сети есть готовые схемы). Стало ясно, что никаких специальных микросхем, микроконтроллеров, ПЛИС и т.п. не требуется. Было решено сделать переходник самостоятельно.
На подавляющем большинстве материнских плат персональных компьютеров выведен S/PDIF выход в виде штырьков с цифровым сигналом TTL-уровня.
Для преобразования этого сигнала в стандартные оптический или коаксиальный S/PDIF существуют готовые платы с креплением на места карт расширения сзади корпуса ПК. Но ни в одной из них не встречается профессиональный AES3 выход.
То есть необходимо сделать нечто подобное, но с AES3 выходом. Но раз речь идет о самодельном устройстве, то на него можно возложить дополнительный функционал. После некоторых размышлений было составлено ТЗ.
Так как XLR разъем попросту не поместится в отведенные стандартом габариты, его было решено заменить на разъем TRS 6,35 мм, чтобы в будущем использовать стандартные аудио переходники с TRS на XLR.
В соответствии с заданными требованиями с этим была разработана следующая схема устройства.
Первый вход схемы - S/PDIF в виде обычного цифрового сигнала с TTL уровнями.
Второй вход - оптический. Он реализован на базе типового Toslink-приемника и схемотехнически не представляет особого интереса.
Третий вход - коаксиальный, и для преобразования уровней сигнала в схеме установлены инверторы DD3-DD4. Первый инвертор работает в линейном режиме и вкупе с DD4, который компенсирует инверсию первого каскада, позволяет привести S/PDIF-сигнал к стандартным уровням TTL.
Полученные три сигнала поступают на селектор "S SEL" (XP5), который представляет собой обыкновенный штырьковый разъем для ручного выбора нужного входа перемычкой. Устанавливать несколько перемычек одновременно недопустимо. Дополнительно сигналы каждого входа селектора выведены на штырьковые разъемы. Это дает возможность использовать их отдельно.
С XP5 выбранный S/PDIF-сигнал попадает на дистрибьютор, формирующий три разных выхода.
Первый выход оптический, реализованный на базе типового Toslink-приемника.
Второй выход - профессиональный дифференциальный S/PDIF стандарта AES3 (AES/EBU) с выходным сопротивлением 110 Ом. Электрические характеристики AES3 основаны на RS-422, поэтому в схеме формированием сигнала занимается дифференциальный шинный приемопередатчик SN75176BDR, нагруженный на трансформатор с коэффициентом трансформации 1:1.
Третий выход - коаксиальный S/PDIF, реализованный по аналогичной схеме на базе шинного приемопередатчика SN75176BDR. Но в отличие от AES3 данный выход имеет несимметричный выход сопротивлением 75 Ом и коэффициент передачи трансформатора должен быть равен 2:1.
То есть коаксиальный и дифференциальный выходы построены по типовым схемам, описанным в различных источниках:
Питание схемы может осуществляться либо напрямую с S/PDIF TTL-входа, либо с отдельного штырькового разъема. Это выбирается перемычкой на селекторе "P SEL" (XP2). Диод Шоттки VD1 установлен для защиты схемы от неправильной полярности поданного напряжения.
Учитывая то, что применение данного устройства планируется в составе персонального компьютера, проектирование платы выполнялось под стандартную крепежную планку ATX-совместимого корпуса.
Все S/PDIF входы и выходы (кроме TTL) выведены наружу. Разъем TTL-S/PDIF и разъем питания выведены внутрь корпуса.
В качестве крепежных планок можно использовать доработанные пустые крепежные планки с AliExpress. Крепление платы к такой планке осуществляется через угловые гайки под пайку. Также возможно применить (с доработкой) планку от PCIe-M2 адаптеров. С ними угловые гайки не потребуются, т.к. на планках есть крепежные ушки.
Кроме того, конструкция позволяет использовать низкопрофильную планку. Для этого от платы можно отломить два дополнительных входа, для чего на плате предусмотрен ряд отверстий. В таком случае единственным входом остается цифровой TTL, как изначально и задумывалось. При этом отломанная часть может применяться отдельно как преобразователь коаксиального и оптического S/PDIF к TTL-уровням.
Все варианты крепежных планок и их крепление к плате показаны на рисунках ниже.
Но в любом случае в планке необходимо сделать отверстия под разъемы.
Если имеются трудности с покупкой или доработкой металлических крепежных планок, можно выполнить их из текстолита, как это делает Макс Крюков (Fagear).
Устройство в сборе выглядит следующим образом и работает так, как и планировалось.
Все файлы проекта:
Скачать Gerber-файлы (ZIP) | Скачать проект Altium Designer (ZIP)
Скачать 3D-модели крепежных планок (STEP)
Применяемые компоненты:
Крепежная планка
Крепежная планка с усилением
Крепежная планка низкопрофильная
Угловые гайки M3 под пайку
Toslink приемники и передатчики GQ-1504
TRS 6.35 mm 309-PJ-601A
RCA