MOTU Audio Express - modifikacije

[Braca]

Ovaj uredjaj  se dosta dobro pokazao kao ulazni interfejs za merenja, ali sam posle kupovine referentnog oscilatora od 1kHz (Viktor Mickevich) video i gde su mu granice, pa se postavilo logično pitanje da li ga je moguće poboljšati.
Pošto mi je nedavno istekla trogodišnja garancija, danas sam ga otvorio i evo par podataka.

ADC je Cirrus CS5364, a DAC AKM4358, pri čemu mene na prvom mestu interesuje ADC jer danas pri merenju THD samo Putzeys-ov ADC može da pobedi dobre analogne generatore.
Sa SNR od 111dB i THD od -105dB pri svim taktovima to nije vrhunski ADC, ali za novac koji sam uložio u nabavku ne može se ni očekivati nešto bolje. Pošto mu THD opada s nivoom ulaznog signala jasno je da se merenja moraju obavljati pri višim nivoima, što ću još morati da ispitam.
Regulacija nivoa unutar interfejsa se obavlja sa Burr-Brown PGA250SI (mikrofonski ulazi), odn. Cirrus CS3308 (sve ostalo).
Analogni deo je razočarenje i tu su moguća poboljšanja.
Svi ulazi koriste RC4580R, što su sigurno uradili zbog cene, mada su za te pare mogli i da se odluče za 5532.
Svi analogni izlazi idu preko TS922 jer oni mogu da "voze" niskoimpedantna opterećenja čak i sa 80mA, tj. duge kablove i slušalice. Kao i kod DAC-a i ovaj deo mi nije od neke važnosti.
Interesantno je da se napon napajanja (spoljašnji DC izvor od 9 do 18V) očigledno tretira kao AC jer se na pločici nalaze bar tri greca, ali je isto tako moguće i da je to uradjeno da bi se dobila zaštita od obrnutog polariteta napajanja. PSRR mu nije najbolji (vidi se u spektrima) i zato ću mu napraviti jedan dobar analogni ispravljač.
Kutija je izvanredna (liveni Al).
Pošto nemam iluzija o zameni CS5364, ostaje jedino da vidim šat se može dobiti zamenom ulaznih opampova, a za mene je tu prvi izbor LM4562.
Na svu sreću, glavna pločica nije gusto pakovana, ali se četiri kritična mesta nalaze ispod izlazne pločice (v. sliku 3), pa ću morati sve da izvadim iz kutije. Na prvi pogled, izgleda da demontaža neće biti neki veliki problem.

Ranije sam okačio rezultate merenja ove kartice, ali ću ih sada ponoviti da bih video šta će mi doneti modifikacije. Javljaću kako napredujem, mislim da će biti interesantno.

Pozdrav

[Braca]

Izgleda da će ovo biti kratka tema jer sam danas završio skoro sve modifikacije - ostao je još ispravljač.

Zamenio sam sve RC4580R na ulazima i u dif. pojačavačima sa LM4562 (6 komada) i sve TS922 na izlazima sa OPA1688 (5 komada).
Iznenadjenje je bilo da su TS922 upotrebili i kao predstepene na 4 dif. ulaza u A/D konvertor, i još jedan za neke druge svrhe oko konvertora, zašta je otišlo još pet OPA1688. Još uvek mi nije jasno zašto su koristili opamp sa potencijalom od 80mA na izlazu da bi napajali vrlo visoku ulaznu impedansu A/D konvertora.
Bio je to prilično pipav posao jer je Motu štedeo na kvalitetu pločice, tako da mi se na početku odlepilo par lemnih mesta već pri sečenju nožica prvog originalnog čipa. Kasnije sam pri sečenju nožica pridržavao lemne flekice zubarskom sondom i više mi se ni jedna nije odlepila.

Šta sam dobio ovim modifikacijama?
Prvi spektar je snimljen sa originalnim interfejsom  (24/48, ulazni nivo 9dBu, odn. 2,20Vrms (max. izlaz iz Viktorovog oscilatora), osrednjavanje 32x), i njegov THD sa prva tri harmonika iznosi -108,6dB.
Drugi spektar je snimljen pod istim uslovima posle modifikacija i njegov THD sa prva tri harmonika iznosi -115,5dB, što je nekih 7dB dobitka u odnosu na originalnu konfiguraciju kartice.
Na prvi pogled nije mnogo, ali je bitno da je prag potisnut naniže i time povećana linearnost u donjem delu amplitude, gde se inače nalaze spektralne komponente izobličenja.
U suštini, mislim da sam sada došao do granice, odn. do  A/D konvertora i to je kraj.
Na velikom forumu sam video da postoje kineski kompleti za samogradnju sa boljim A/D konvertorima nego što je ovaj Cirrus - mislim da se radi o AKM čipovima, ali za tako nešto trenutno nemam vremena.

U principu, nisam morao da menjam TS922 na izlazima jer otkad imam Viktorov oscilator više ne koristim Motu kao izvor pobudnog signala, ali "kud ide june, nek ide i uže" .

Uradio sam još par merenja pri drugim rezolucijama, ali ih ne prikazujem jer svi rezultati imaju isti trend.

Pozdrav

[elektropionir]

Nadam se da Braca nece zamjeriti da blago preuzmem ovu temu.
Ovaj post je nastavak na diskusiju u vezi audio interface-a.

Otvorio sam Roland FA-101 audio interface da vidim kako je napravljen. 
Cilj je da pokusam saznati zbog cega 24bit/192kHz interface ima znacajno veci sum nego interface koji braca koristi nazivno istih performansi.

Dvije stvari zelim da razjasnim odmah na pocetku. 
1) Smatram da je prag suma od -120dB i vise nego dovoljan za moje potrebe
2) Cak i ako ne uspijemo nista poboljsati, mozda nesto naucimo...

Interface je uzasno gusto spakovan, pun je 0603 komponenti. Analogni dio glavnog PCBa je prikazana na slici ispod.

Ispod su ulazi 3 do 8.




Trace-ovao sam jedan ulaz jer su svi ostali simetricni i shema je sljedeca:


3 stvari koje sam otkrio na prvu:

1) Ovi mali keramicki kondenzatori su najvjerovatnije neki X7R tip. Piezo efekt se moze mjeriti u ARTA-i. Sa iskljucenim ulazom, kucnem blago u plocicu i prag suma se podigne sa -120dB na -90dB.

2) NJM2100 su mi potpuno nepoznati i datasheet je jako kratak.

3) Iz nekog razloga vrlo je lako uznemiriti ove NEC uPC4570 na izlaznom pinu. Ako dodirnem taj pin sa sondom osciloskopa opamp pocinje da oscilira.
Rekao bih da su ova pojacala vrlo slicna Bracinim RC4580.

Zelio sam da vidim da li midsuppy ide direktno na ADC, ustvari to sam ocekivao. Mislio sam da bi bilo znacajno zadrzati isti midsupply level za citav analogni ulaz, medjutim izgleda da ADC ne radi na takav nacin.

ADC ima odvojeno napajanje za digitalni dio 3.3V i 5V za analogni dio. Napaja se iz istog izvora kao i opamp-i. 
ADC dalje generise vlastiti "tihi" napon FILT+ (izlaz) koji koristi za konverziju, i sa tog napona generise srednju tacku VQ (izlaz) oko 2.5V. To je pokazano na  sljedecoj slici.


Slika je iz datasheet-a, a vrijednosti i tip kondenzatora su one koje su nadjene na FA101 plocici.
Takodjer bilo kakvo "pipanje" oko napona VQ generise uzasnu kolicinu suma. Jedna od stvari koje cu probati je igranje sa VQ naponom. Hocu da ga bufferujem direktno u ulaz ADCa. Takodjer zasto VQ ima samo mali keramicki kondenzator...

Napajanje ovog uredjaja je generalno komplikovano, i necu da vas gnjavim sa tim previse. Uredjaj trosi oko 3W.
Ukratko, ulazni napon eksterni ili preko Firewire porta se konvertuje u vise naponskih nivoa, sa jednim malim flyback konverterom.
Sekundari trafo-a su 5V, 12V, -12V, 48V za fantomsko napajanje.
Za napajanje digitalije, 5V se spusta linearnim regulatorom na 3.3. Ovaj regulator postane znacajno topa zbog toga je jedan elko morao biti zamjenjem polymerskim prije nekoliko godina jer se znacajno osusio.

Naravno prvi osumnjiceni za visok sum je bio flyback. Frekvencija rada je 100kHz-a.
Uredjaj ce savrseno raditi ukoliko je prisutan samo 5V napon na jednom od sekundara. Jer to napaja analgni dio na ulazu kao i digitalni dio za komunikaciju sa PC-em.

Zato sam odlucio da napajam uredjaj samo sa laboratorijske linearne napojne i dodam 2 velika eko-a jedan na 5V a drugi na 3.3V. PC naravno prepozna uredjaj, ali flyback ne radi jer nema ulazni napon (prekidac na straznjem djelu sam ugasio).

Rezultati su blago receno katastrofalni.



Ne samo da se generalno sum nije smanjio, nego je 50Hz-a komponenta 20dB, i prag suma se skocio za vise od 20bB., sa -120 na -100dB 
Ili je lab power supply smece (a jeste neko kinesko) ili ovi opampi imaju los PSRR ili linearni regulatori ne valjaju nista...  

Takodjer artefakti koje vidim svako malo na 650Hz i 1300Hz, kao i nesto sto se desava na 1kHz ocito nisu uzrok flyback-a.

Toliko za sad, imam jos par stvari koje me zanimaju, a kasnije cu uraditi zamjenu par opamp-a mnogo kvalitetnijim. Imam i ove koje je braca koristio takodjer pa cemo vidjeti kakvi su rezultati...

[Braca]

Bojim se da ti se ne isplati da kod ove kartice nešto radiš. Njen izlaz je po šumu i THD ograničen primenjenim AK4385 i zamenom analogne elektronike nećeš mnogo dobiti.
Vidim da ima četiri DAC-a, da li ih je vezao paralelno ili svaki napaja po jedan izlaz?

Da bi kartica bila prihvatljiva za merenja, njena gustina spektra šuma (V/sqrt(Hz)) treba da bude bolja od -130dB, jer kada izračunaš integral po korišćenom frekventnom opsegu, onda dobiješ SNR i on je za 40dB gori!
Ovi autonomni procesi su posebna tema, kada tako nešto vidim diže mi se kosa na glavi .

Pozdrav

[elektropionir]

Bojim se da ti se ne isplati da kod ove kartice nešto radiš. Njen izlaz je po šumu i THD ograničen primenjenim AK4385 i zamenom analogne elektronike nećeš mnogo dobiti.

Vidim da ima četiri DAC-a, da li ih je vezao paralelno ili svaki napaja po jedan izlaz?

To mi je potpuno jasno, i nisam iznenadjen vecim sumom. Ova kartica je 14-15 godina stara, ne proizvodi se vec dugo, i za novac za koji se prodavala nebi bilo realno ocekivati mjerni instrument. Ovo je pravljeno za home recording i za mixanje. Ja je koristim iskljucivo samo za simulaciju pojacala gitare dok vjezbam.
Svaki DAC napaja jedan izlaz.

Da bi kartica bila prihvatljiva za merenja, njena gustina spektra šuma (V/sqrt(Hz)) treba da bude bolja od -130dB, jer kada izračunaš integral po korišćenom frekventnom opsegu, onda dobiješ SNR i on je za 40dB gori!

Ovi autonomni procesi su posebna tema, kada tako nešto vidim diže mi se kosa na glavi 

Zbog ovim nerazumljivih pikova sam je i otvorio, ali takodjer bi zelio da saznam sta to podize prag suma. Ovi 2100 opampi niti specificiraju spektralnu gustinu suma zato sumnjam da su oni ti koji uzrokuju visi noise floor nego sto sam ocekivao. Gledajuci spekar motu kartice, prag suma na 1kHz je -140 do -145dB sto je razumno, to se prevede u nekih 50tak nV/sqrt(Hz).
Sa kvalitetnim opampima koji imaju gustinu spektra suma od 3-5 nV/sqrt(hz), to nije toliko nerazumljivo, ali jeste cudno ako imas SND od 780 nV/sqrt(hz).

[Vlajko]

Mozda da uporedis loop back sa open loop-om.
Pa da vidis dal je problem u ulazu ili izlazu.
Otvoren ulaz, ukljucis spektrum analajzer , a iskljucis generator. (da ne indukuje)

[elektropionir]

Zaboravio sam da napomenem gore. Ali sva mjerenja trenutno radim sa open loop. Gledam samo ulaz i prag suma se nije promjenio.
Tokom sljedecih dana cu se posvetiti jednom drugom projektu, ali update-ovati cu progres na ovoj kartici cim mi stignu neke komponente koje sam narucio.

Takodjer smatram da analogni dio definitivno znacajno utice na prag suma. Prosao sam kroz sve ulaze i izlaze, pod istim parametrima mjerio sam gustinu spektra suma i dBu/sqrt(hz), i postoji velika razlika izmedju "najglasnijeg" i "najtiseg". ovo je rezultat mjerenja.
Vecina ostalih kanala su poprlicno jednaki (nalaze se izmedju ova dva) , samo ova dva imaju znacajno veliku devijaciju. I nisu na istom ADC chip-u.

[Braca]

Juče se na velikom forumu pojavili rezultati merenja audio kartice Motu M4, koja se po broju ulaza itd. može smatrati naslednicom modela Audio Express:
https://www.diyaudio.com/forums/equipmen...10462.html

U odnosu na Audio Express, šum je smanjen za oko 8dB, ali me je iznenadio broj harmonika u spektrima THD i IMD. Pošto od završetka modifikacija na mojoj kartici nisam uradio kompletno "loop-back" merenje (nije me intresovalo jer za merenje THD koristim Viktorov oscilator), ukazala se prilika da pod istim uslovima uporedim moju, modifikovanu karticu sa najnovijim modelom.

Poređenje je dalo interesantne rezultate - THD obe kartice je isti, čak je desni kanal moje kartice bolji (0,000255% prema 0,00034%), a THD i IMD spektri moje kartice su potpuno čisti (naravno, osim tri harmonika u THD spektru).
Rezultati gde se uzima u obzir šum su kod modela M4 bolji za 7 do 8dB, što je normalno.

U odnosu na Audio Express (upravo sam se iznenadio jer vidim da se još uvek proizvodi), M4 košta oko 40% manje, i ne predstavlja loše rešenje za DIY merenja.

Pozdrav

  RightMark Audio Analyzer test _ MOTU Audio Express FW400.pdf (Size: 150,55 KB / Downloads: 11)