Коммутация интерфейса S/PDIF.

    Здесь я буду описывать  интересные коммутации интерфейса S/PDIF, преобразованиях из электрического в оптический тип и наоборот, разделение, и т.п..  применительно в/для  конкретных аудиоустройств.

    Многим приходилось иметь дело с цифровой передачей звука по интерфейсу S/PDIF, описание которого можно найти в стандарте IEC-60958, или читаем ГОСТ IEC 60958-1-2014.

Про цифровую передачу звука, цифровые кабеля я уже писал, поэтому повторяться не буду.

http://halin-dac.blogspot.com/2013/05/blog-post.html

    Для порядка немного информации по бытовой и автомобильной аппаратной реализации интерфейса S/PDIF:

Электрический тип: ассиметричная линия (двухпроводная передача), где сигнал передается по экранированному кабелю с волновым сопротивлением 75 Ом, выход передатчика и вход приемника терминированы сопротивлением 75  Ом.

По жизни в звуковой аппаратуре сигнал S/PDIF  без нагрузки составляет 1,0-1,8 вольта от пика до пика (pp), под нагрузкой 0,5-0,8 вольта pp. С учётом потерь в кабеле допускается минимальное напряжение на входе приёмника 0,2 вольта pp, хотя это не есть хорошо.

Чаще всего это электрическое соединение называют как: S/PDIF, SPDIF, coaxial, коаксиал, кокс, RCA,  коаксиальный выход RCA,  коаксиальный моно-TRS (3,5 мм),  S/PDIF миниджек 3,5 мм, коаксиал  BNC, и т.п.

Оптический тип: стандарт соединения EIAJ optical.

Чаще всего соединение делается с помощью разъемов TOSLINK квадратной формы (JIS F05, точнее JIS C5974-1993 F05) или по другому ODT Male Plug (Toslink)), также набирает популярность соединение Mini TOSLINK, так как во многих случаях оптический выход совмещен с разъемом 3,5 jack выхода на наушники.

Чаще всего оптическое соединение называют: Optic Digital Toslink, OPTICAL IN/OUT, цифровой оптический выход/вход SPDIF, аудиовыход/вход цифровой оптический, световодный, ADAT™, ADAT Optical, ADAT Lightpipe, АДАТ, оптика SPDIF, тослинк, оптика и т.п

Специальный автомобильный оптический тип: оптический тип соединений от производителей  Clarion, McIntosh, Pioneer (Carrozzeria), Alpine и т.п.,  в котором оптоприемники и/или оптопередатчики установлены на самом оптокабеле.

Автооптокабели:

DCA-001-500 (5m): digital out Ø 10mm/ digital in Ø 10mm

DCA-002-500 (1,5m): digital out Ø 10mm/ digital in Ø 10mm

DCA-005-600 (5m): digital out Ø 9mm/ digital in Ø 9mm (Terminal Shape Out/In VRX776VD/VCZ625/DVH940

DCA-006-600 (5m): digital out Ø 10mm/ digital in Ø 9mm (Terminal Shape Out/In DCZ625/DVH940)

DCA-007 (5m): digital out Ø 9mm/ digital in Ø "10 (Terminal Shape Out/In VRX766VD/VRX935VD/VCZ625/DPH910, DVS9755z

DCA-008 (1,5m): digital out Ø 9mm/ digital in Ø 9mm (Terminal Shape Out/In VRX776VD/VCZ625/DVH940Pioneer CD-AD300

Pioneer CD-AD600

Alpine KWE-610A

Alpine KWE-610A+

Из-за того, что нет четкой и однозначной терминологии названий и маркировки цифровых входов/ выходов S/PDIF, порой иногда возникают непонятки: например, на устройстве около 3,5 jack выхода на наушники стоит надпись S/PDIF. Но какой там тип выхода электрический или оптический - приходится определять методом тыка.

Далее буду назвать электрический и оптический тип соединений - как коаксиал и оптика, а сам способ передачи звука - цифра или аналог.

Литература:

РАДИОГАЗЕТА ВЫПУСК № 117 ОТ 12 ИЮНЯ 2014

Коммутатор S/PDIF сигналов... из подручных средств  

Выдержка из “Радиохобби”, посвященная SPDIF интерфейсу от ALTOR.

PIONEER Carrozzeria ODR RS-D7XII 

+ ODR RS-P70XII.

Задача: с минимальными вторжениями в головное устройство сделать так, чтобы и голова работала и можно было подключать к аудиопроцессору Carrozzeria ODR RS-P70XII разные портативные Hi-Fi и Hi-End плеера, в которых звук выводится по коаксиалу или оптике, и оперативно переключаться между головным устройством и плеером.

Схемы нет ни на головное устройство, ни на процессор.

На электротане есть SM на RS-D7R-2

Принимаем решение, что переключения будут ручные: Голова/Плеер, и в зависимости от типа выхода SPDIF с плеера переключение Оптика/Коаксиал.

Аудиопроцессор включается только тогда, когда по оптике начинает идти реальный цифровой поток. Только по клоку процессор не включается.

Питание стокового оптопередатчика 3,3 вольта получается из 5 вольт через балластный   резистор номиналом 390 Ом. Значит стоковый оптопередатчик потребляет по цепи 3,3 вольта: 4,98-3,27=1,71/387=4,4 мА.

Схема электрическая  и монтаж опытной платы получились вот такие:

Полный размер схемы.

В начале на входе коаксиала я поставил ADM3485EARZ, но она не заработала.., в смысле она работала, но процессор на цифру не реагировал. При исследовании входных/выходных сигналов обнаружилось, что на вход поступает клок, как положено со скважностью 2, а на выходе период клока оставался тем тем-же, но скважность становилась примерно 1,7.

В даташите написано Slew Rate Limited только для ADM3483 and ADM3488.. 

Так как другого линейного драйвера именно на питание 3,3 вольта в ближайших магазинах не было, ставим проверенный вариант на SN65176, которая  устойчиво работает и при 3,3 вольтах (при входном сигнале 0,2 вольта на выходе выдает больше 2 вольт рр.)

Но если есть время и желание - можно поставить более быстродействующий линейный драйвер на 3,3 вольта, или собрать стандартную схему на HEX инверторах типа 74HC04.

Далее цифру, поступающую с головы, оптики или коаксиала коммутируем счетверенным неинвертирующим управляемым линейным драйвером на микросхеме 74HC125B.

Сам разъем выхода стоковой оптики съемный, поэтому его извлекаем из головы и устанавливаем в коробочку. При этом выпаиваем  с платки  разъема выхода стоковой оптики 4 пиновый разъем (белого цвета) и припаиваем его на кабель, чтобы в случае чего коробочку можно было отсоединить.

В коробочке делаем нужные отверстия и размещаем оптоприемник, переключатель коаксиал/оптика и платку с деталями.

Фото платки:

Коробочка почти в сборе, осталось всё спаять проводками и сделать входной жгутик и выход на переключатель голова/плеер.

Вот уже всё в сборе, остается только привинтить крышку коробочки:

 Подсоединяем коробочку к головному устройству:

 Общий вид:

Шнурочки переключателя голова/плеер и коаксиала RCA/3,5 джек 1,2 метра.

Всё работает, никаких шелчков при переключении источников нет, переключение длится 1-1,5 секунды.



Примечания:

1. Коробочка BS35 (Gainta, 60x55x30мм) (ALU-BS35).
2.

Clarion HX-D2 (DRZ 9255).

Задача: сделать оптический и коаксиальный вход.  

Владельцу головы в настоящий момент нужен был оптический вход, но на всякий случай хотелось иметь в запасе и  коаксиальный вход. Поэтому переключение входов можно было сделать механическим и труднодоступным.

Подсоединять SPFIF вход будем сразу к приемнику IC903 на 12 ножку (RX2). 

Вместо резистора R908  припаиваем конденсатор 0,1 мкФ.

Микросхему IC902 выпаиваем и ставим перемычку между 1,2 и 4 выводами (дорожками).

Общая схема подсоединения выглядит так:

Полный размер.

Трансформатор и переключатель (тумблер) удалось разместить, а также закрепить жгутики коаксиального и оптических входов - в дальнем правом углу головы.

Терминал J901 выпаян.

Жгутики закреплены стяжками к язычку от задней стенки головы, который сверху придерживал терминал J901.

Трансформатор SPDIF приклеен над переключателем.

Проводок выхода  с переключателя припаиваем к переходному отверстию,  дорожка далее в среднем слое идет через всю плату к  ножкам 1,2 микросхемы IC902.

Дорожку от микросхемы IC906 до этого переходного отверстия, перерезаем в удобном месте (дорожку отметил красным крестиком).

Вот выглядит всё сзади головы:

Примечания:

1. Переключатель - Тумблер SMTS-102-A2

2. SPDIF трансформатор - DA101C

3. Оптоприемник - DLR1111

4.

Pioneer DEX-P9 или Pioneer DEX-P90

Что нужно сделать для улучшения звука, убрав из тракта лишние преобразования (если голова будет работать только через кроссовер Pioneer DEQ-P9 или Pioneer DEQ-P90) - еще лет восемь назад  (в 2012 году) написал Артем в своей теме Pioneer DEX-P9, как транспорт может быть не хуже ODR.

Добавить тут, собственно, практически нечего, за исключением того, что я опишу как заставить работать оптический/коаксиальный вход без лишнего мучения с внешними кнопками и т.п..

Одно из моих фото с обходом лишних цифровых преобразований:

Повторю описание изменений, которые надо сделать в голове (если вышеуказанная ссылка вдруг не будет работать):

на плате есть цифровой коммутатор (IC251 TC74HCT157AF), который по команде DSEI выполняет переключение цифровой шины I2s между TUNER и CD. В этом коммутаторе есть один свободный блок коммутации, а входы этого свободного коммутатора припаяны на землю. Поэтому ножки 13 и 14 нужно отпаять от земляных площадок и отогнуть. К 14 ножке подпаиваем выход цифры из CD-привода (вылавливаем CDTX с 4 ножки приемника IC221 LC89055WHS). К 13 ножке припаиваем выход с передатчика S/PDIF (16 ножка IC301 TC9271FS), соответственно выпаиваем резистор (R301) с этого выхода, чтобы разорвать цепь выхода на оптику. К 12 ножке  подпаиваем резистор R301 и выход с резистора подпаиваем к контактной площадке, которая идет на оптопередатчик (на 1 ножку IC171). Можно поступить и иначе - резистор припаиваем  "солдатиком" к родной контактной площадке (которая идет на опто-передатчик), а уже от 12 ножки к резистору припаиваем проводок.

Для простых читателей поясню для чего это делается (кратко не получается).

Голова может работать самостоятельно и для этого внутри установлены два ЦАПа PCM1704 (которым нужен вход в виде цифровой шины I2s). C CD привода аудиосигнал выходит в формате SPDIF, с приемника или другого источника аналоговый сигнал оцифровывается в АЦП и выходит оттуда в виде цифровой шины I2s. В голову с внешних устройств аудиосигнал может попасть в виде аналогового сигнала (тогда он оцифровывается в АЦП) или с оптического входа в виде формата SPDIF. В случае использования внешнего кроссовера/процессора с головы должен выходить сигнал в формате SPDIF.

Чтобы голова работала и автономно и на внешний аудиопроцессор, в начале всё приводится к одному формату - I2s. Для  этого сигналы SPDIF с CD (кварц 16,934 МГц) и оптовхода в приемнике SPDIF DIR IC221 (стоит кварц 11,288 МГц) раскладываются в шину I2s. С приемника DIR цифровой сигнал в формате RJ поступает в недоЦФ HI-BIT IC281, где увеличивается разрядность с 16 до (а никто точно не знает) 24 бит по неизвестному алгоритму, и далее сигнал поступает в SRC SM5849 (очевидно, чтобы можно было с DVD плеера принимать 48 кГц), где перетактовывается  к другому кварцу (MCK1 11,2896 МГц), и идет на коммутатор шины I2s IC251 и далее поступает на внутренние ЦАПы, а чтобы получить общий цифровой выход в формате SPDIF со  всех источников,  шина I2s также поступает в передатчик  SPDIF  IC301 TC9271FS (он тактируется MCK1).

Короче, в результате доработки сигнал SPDIF с CD привода и с оптического входа сразу поступает на оптический выход, минуя DIR, Hi-BIT, SRC и DIT.

Кроссовер Pioneer DEQ-P9/DEQ-P90, согласно мануала может принимать цифровой сигнал только с частотой дискретизации 44,1 кГц. Для того, чтобы принимать частоты 48-96-192 кГц, можно внутри его поставить ASRC после DIR IC1000 LC89055WHS.. но это уже совсем другая история.

Теперь про оптический вход.

Поски аналоговой команды по включению именно оптического входа без подключенного внешнего аудиоустройства по шине IP-BUS - не удалось (скорее всего это команда DIRSEL, которая поступает на 1 ножку приемника IC221 LC89055WHS).
Идем другим путем.
Диапазон приемника MW никому не нужен, поэтому используем команду FM/AM для включения оптического входа.
Команда FM/AM выходит с 29 ножки контроллера IC601 RE5208A и поступает на базу транзистора Q156 (FM - 0 вольт, АМ - 5 вольт)

Выполняем вышеописанные работы по переключения TUNER/CD.
Для коммутации TUNER+CD/Оптический вход используем дополнительный коммутатор 74HC157 в корпусе SOIC16.
Места между двумя платами AUDIO CONTROL PCB и AUDIO UNIT PCB очень мало, чтобы разместить какую-то даже очень маленькую платку, поэтому будем "вязать" и паять.
Подготавливаем 74HC157 - выпрямляем ножки и откусываем ненужные  4, 7 и 9 ножки.
Ножки 2, 3, 5, 6, 8, 10, 11, 15  соединяем в один оборот тонким облуженным одножильным проводком без изоляции и припаиваем его к ножкам.
От 8 ножки (минус) и 16 ножки (+5 вольт) опускаем вниз тонкие короткие одножильные проводки, Микросхему приклеиваем на двухстороннем скотче сверху на корпус IC251, и  припаиваем проводки, соответственно, к 8 и 15 ножкам IC251.
На 1 ножку проводком подаем сигнал с 29 ножки контроллера IC601 RE5208A (с переходного отверстия на плате, (около широкой белой стрелки, см. фото)).
На 14 ножку проводком подаем сигнал с 12 ножки IC251. На 13 ножку подаем проводком  сигнал с оптоприемника (вылавливаем сигнал OPTI с 3 ножки приемника IC221 LC89055WHS). С 12 ножки выходной сигнал припаиваем к контактной площадке резистора R301, которая идет на оптопередатчик  (на 1 ножку IC171).
Резистор R301 (100 Ом) припаиваем к разрезанной дорожке (обведено на фото красным овалом), которая идет  к 1 ножке IC171.

Оптический приемник установил на место стокового разъема оптического входа.

Примечания:
1. Если вдруг пропадает сигнал SPDIF на оптическом входе кроссовара/аудиопроцессора, то громкость ручкой на голове перестает регулироваться (хотя с пульта громкость регулируется). При появлении сигнала SPDIF, регулировка громкости ручкой на голове через секунду начинает работать.

2. Если не заморачиваться обходами лишних цифровых преобразований, а оптический вход очень нужен, то я думаю, что можно попробовать отрезать команду DIRSEL, которая поступает на 1 ножку приемника IC221 LC89055WHS, а вместо неё подать команду FM/AM с 29 ножки контроллера IC601 RE5208A. Тогда при выборе диапазона MW, по идее, должен включится оптический вход.
3. Если при задействовании команды FM/AM голова при выключении (без АСС) потребляет ток 30-40 мА, нужно поставить резистор 1-2 кОм  в цепи на 1 ножку 74HC157.  Это происходит из-за того, что напряжение 5 вольт от стабилизатора IC401 (который все время запитывается от бортовой сети напрямую) через Q156  и через 1 ножку 74HC157 попадает на землю... и в результате что-то приоткрывается и голова начинает потреблять ток.

4. Про доработку Pioneer DEQ-P90

PIONEER Carrozzeria ODR RS-D7XII

В продолжение предыдущей темы о Pioneer DEX-P9 или Pioneer DEX-P90 про обход в тракте лишних преобразований. 

Хоть схемы  DEX-P и RS-D7 по цифровой части практически одинаковые, но вот программное обеспечение немного разное, из-за чего команда FM/AM работает несколько иначе. В режиме Tuner FM - 0 вольт, АМ -5 вольт, но при переключении в режим CD, AUX команда FM/AM всегда устанавливается в FM, то есть 0 вольт.

Поэтому: ...... на 13 ножку дополнительного коммутатора  74HC157 подаем сигнал с 12 ножки IC251, а на 14 ножку подаем сигнал с оптоприемника (с 3 ножки приемника IC221 LC89055WHS).

Плата MASTER CLOCK UNIT в RS-D7X

Примечания:

1.

A107 Bluetooth 5,0 CSR8675
Support SBC/AAC/aptХ-HD/LDAC
Digital interface Fiber-Optic+Coaxial Output

Задачи: модуль A107 планируется использовать в автомобиле, поэтому нужно сделать питание от 7-15 вольт.  

Основной источник сигнала - выход оптики с магнитолы и далее аудиопроцессор Helix, в котором только один цифровой вход (оптика). Модуль планируется поставить между магнитолой и аудиопроцессором. Поэтому нужно в модуль А107 установить оптоприемник Toslink и сделать следующий алгоритм работы: когда блютуз отключен, сигнал с магнитолы сквозняком проходит через модуль, а когда включается блютузка - на выход идет цифровой сигнал с CSR8675.

К сожалению, никакой разовой команды или иного постоянного сигнала о соединении с телефоном в модуле CSR8675 обнаружить не удалось, за исключением мигающего светодиода в кнопке PAIR, который при соединении с телефоном горит постоянно.  

Светодиод моргает с частотой примерно 2 герца.

Остается только выпрямить меандр с амплитудой 1 вольт и этим выпрямленным напряжением управлять ключом на переключение  ввыхода от оптоприемника или от CSR8675.

Выпрямлять 2 герца это еще та задача, ну а чтобы не морочить себе голову - использовал печатную платку от Звукового реле набор К175 и изменил схему и номиналы, как мне надо.

Получилась вот такая электрическая схема:

Фото конструкции:

Модуль в сборе:

Примечание:

1. Потребление от 12 вольт примерно 40-50 мА, поэтому можно подключать напрямую к АСС.

2.

Продолжение следует.