Работаем с S/pdif и Toslink или про цифровые интерфейсы

  • Эта тема создана как развитие поднятого в теме
    Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данной ссылки на страницу.
    вопроса "Как сделать из оптического выхода коаксиальный ?".
    На основе статьи Владимира Широкова, опубликованной в журнале РадиоХобби-2001 г. №2, я постараюсь пролить свет по данному вопросу.
    Так как статья содержит много схем и текста, то материал сюдя буду ложить постепенно (поэтапно), потому что мне нужно некоторое время для набития текста и отрисовку схем.
    Итак, для начала немного общей информации.


    Почти вся современная цифровая звуковая аппаратура имеет входы/выходы по какому-либо из цифровых стандартов. И поскольку стандартов таких существует несколько, иногда возникают трудности при соединении блоков аппаратуры между собой. Здесь мы рассмотрим существующие стандарты и схемные решения узлов цифровых звуковых интерфейсов.
    Наиболее часто встречающиеся в профессиональной и бытовой аппаратуре интерфейсы:
    AES/EBU (Audio Enginnering Society / Eurpean Brodcast Union) - интерфейс профессионального (студийного, вещательного) оборудования, асинхронный.
    S / PDIF (SONY / PHILIPS Digital Interface Format) - наиболее широко распространенный интерфейс бытовой аппаратуры, асинхронный.
    TOSLINK - оптическая версия интерфейса S/PDIF.
    IIS или I2S (Inter-IC Signal bus) - синхронный интерфейс для передачи звуковых данных внутри устройства, иногда применяется для соединения двух устройств.
    Существуют и другие типы интерфейсов, например SDIF2 (SONY), TDIF (TASCAM), YDIF (YAMAHA), ADAT (Alesis) и другие, но они не так широко распространены.
    Итак AES / EBU. Физически этот интерфейс представляет собой экранированную витую пару по стандарту RS-422A с волновым сопротивлением 110 Ом и соединителями типа XLR (другое название Canon), амплитуда сигнала 3 ... 10 В., частота дискретизации сигнала переменная. Протокол почти полностью соответствует описываемому далее интрфейсу S / PDIF, за исключением назначения служебных бит субкода. Код бифазный, поэтому сигнал может подаваться в линию в любой полярности.
    S / PDIF - интерфейс бытовой аппаратуры. Физически это коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, тип соединителей - RCA (тюльпан). Уровень сигнала 0,5 В от пика до пика на нагрузке 75 Ом, чувствительность приемника 0,2 В, постоянная составляющая не более 50 мВ. Кроме бит собственного звукового сигнала (20 бит на канал, в новой редакции 24 бита на канал), в протоколе закодировано ещё достаточно много информации. Прежде всего это сигнал для синхронизации приёмника - так называемая преамбула (preamble), бит ошибки (validity bit), контрольный бит чётности и служебные биты. Битом ошибки помечаются все отсчёты, которые не могут быть корректно считаны и восстановлены схемой коррекции ошибок, поэтому при приёме отсчёта с флажком ошибки приёмник может воспользоваться этим отсчётом (работа интерполятора источника сигнала) либо восстановить его своими средствами из предыдущих / последующих (работа интерполятора приёмника сигнала). Контрольный бит чётности передаётся для того, чтобы обнаружить ошибки канала передачи. В служебных битах закодировано: применялась ли при записи предкоррекция, является данный материал оригиналам или копией, разрешена ли цифровая перезапись, категория источника (АЦП, цифровой микшерный пульт, CD, музыкальный инструмент, цифровой микрофон, DAT и т.д.), частота сэмплирования, точность установки частоты сэмплирования, идентификатор начала трека (Start-ID), номер трека, абсолютное и относительное время и фрейм.
    TOSLINK - как уже было сказано, это оптическая версия интерфейса S / PDIF. По протоколу полностью соответствует своему прародителю, отличается только средой передачи, которой является многомодовый оптический кабель. В качестве передатчика и приёмника используются соответственно свето - и фотодиоды видимого (красного) спектра, длина волны 660 нм.
    I2S - интерфейс синхронный. Стандартом определены три линии передачи сигналов: SCLK (SCK) - тактовый сигнал, SDATA (SD) - линия битов данных, LRCK (WS) - сигнал выбора левого / правого канала. В интерфейсе могут присутствовать дополнительные линии, например MCLK - так называемый мастер клок или основной тактовый сигнал системы, частота которой может быть выше частоты сигнала LRCK в 64, 128, 192, 256, 384, 512 или 1024 раза. Мастером, то есть задатчиком тактовых сигналов, может являться любое устройство на шине - источник, приёмник либо внешняя схема синхронизации. Следует отметить, что для передачи данных по этому интерфейсу могут использоваться различные протоколы: Left-Justified Format, Right-Justified Format, MSB First, LSB First и др. Есть среди протоколов и такой, который называется как и интерфейс - I2S, фактически это протокол Left-Justified Format, но с одним холостым тактом SCLK вначале каждого такта LRCK. Протокол I2S используется, как правило, европейскими производителями, в то время как Right-Justified Format чаще всего применяют японские фирмы наряду со своими фирменными интерфейсами.


    Дальше материал будет попроще :)


    ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ .....

    Сообщение было отредактировано 5 раз, последнее редактирование пользователем Goga777 ().

  • Итак ПРОДОЛЖАЕМ ....


    Теперь рассмотрим схемные решения входных и выходных каскадов упомянутых выше интерфейсов. На рис. 1 представлена схема цифрового входа по стандарту S / PDIF DAT - магнитофона модели D-05 японской фирмы PIONEER.


    Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данного изображения.


    Здесь первый логический элемент используется в линейном режиме в качестве усилителя входного сигнала. Использованная микросхема 74HC04 представляет собой быстродействующий КМОП аналог микросхемы 7404 (наш аналог 7404 это м/с 155ЛН1). Применение в данной схеме именно КМОП-элементов критично, так как они работают в таком включении, кроме того, учитывая высокую частоту сигнала в интерфейсе, использование обычной серии КМОП 4000 (по нашему 561 или 564) невозможно, тут годятся только серии 74HC или 74AC. Схема полностью работоспособна (используется как-никак в серийном изделии), но при повторении этот вариант показал слишком высокую чувствительность, совершенно ненужную ни по стандарту, ни на практике. Поэтому в своих устройствах имеет смысл использовать несколько изменённую схему, показанную на рис.2


    Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данного изображения.


    Здесь несколько увеличен номинал одного из резисторов, определяющих усиление, убран электролитический конденсатор (совершенно излишний при таких частотах, непонятно, чем руководствовались инженеры фирмы PIONEER, вводя электролитический конденсатор в цепь сигнала частотой несколько мегагерц) и добавлен разделительный трансформатор. Этот трансформатор не требуется по стандарту. но позволяет сохранить неповреждённым входной логический элемент микросхемы при переключении шнуров между включенными устройствами, в особенности, если сигнал подаётся на заземлённое устройство с незаземлённого персонального компьютера, у которого корпус через конденсаторы сетевого фильтра блока питания находится под половинным потенциалом сети. Пример схемного решения из упомянутого выше DAT - магнитофона PIONEER D-05 показан на рис. 3


    Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данного изображения.


    Альтернативный вариант решения на рис. 4


    Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данного изображения.


    В обоих вариантах необходимо использовать микросхемы КМОП - структуры, что связано с выходным напряжением логических элементов.
    Теперь перейдем к TOSLINK.
    Для работы по этому интерфейсу выпускаются специальные оптические передатчики и приёмники, например TOSHIBA: передатчики - TOTX172, TOTX173, TOTX176, TOTX178, TOTX193, приёмники - TORX173, TORX176,TORX178, TORX193
    SHARP: передатчики - GP1F31T, GP1F32T, GP1F33TT, приёмники - GP1F31R, GP1F32R, GP1F33RR. Все эти оптические модули имеют стандартные размеры присоединительного окна для оптического кабеля, а трёхвыводные модификации приёмников и передатчиков имеют одинаковую цоколёвку (см. приложение).
    Включение оптических приёмников TORX178 и GP1F31/32R показано на рис. 5


    Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данного изображения.


    Тут следует заметить, что номинал помехоподавляющего дросселя некритичен, можно поставить и 10 и 15 мкГн, но вот экономить, обходясь без дросселя, крайне не рекомендуется.
    Включение передатчиков TOTX178 и GP1F31/32T показано на рис. 6 Кроме того, на рис. 7 показано включение 4-выводного оптического передатчика TOTX172.


    Важно: на рис. 5-7 нумерация оптических модулей условная (вид сзади, выводами вниз), в документации же фирмы-производители используют другую нумерацию, причём разную для приёмников и передатчиков ! При неправильном включении модули выходят из строя СРАЗУ, поэтому, чтобы не подвергать себя риску сжечь дорогостоящую деталь, первоначально напряжение питания на модуль следует подавать через резистор 47....200 Ом, а после проверки функционирования оптического модуля замените этот резистор перемычкой.


    ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ .....

    Сообщение было отредактировано 1 раз, последнее редактирование пользователем DVDik ().

  • ПРОДОЛЖАЕМ .....


    Используя приведённые схемы, мы можем решить часто возникающую проблему соединения того или иного устройства , имеющего только коаксиальные входы / выходы - с устройством, имеющим только оптические соединители (S/PDIF-TOSLINK) рис. 8


    Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данного изображения.


    и наоборот оптику с коаксиалом (TOSLINK-S/PDIF) рис. 9


    Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данного изображения.


    Чтобы не вносить излишний дополнительный джиттер (джиттер - дрожание фронтов сигнала по оси времени), позаботьтесь о хорошо стабилизированном питании. На рис. 10 показан "блочный" вариант TOSLINK-S/PDIF конвертера с внешним питанием от любого источника + 7...+15 В.


    Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данного изображения.


    Эта конструкция как раз и отвечает нашей задаче - "Как сделать из оптического выхода коаксиальный ?"
    Используя вышеприведённые схемы, вы можете сделать любой конвертер или снабдить устройство отсутствующим выходом. Например - если посмотреть на компьютерные оптические устройства чтения CD-ROM/DVD-ROM и записи CD-RW/DVD±R/RW, то мы найдём у любого из них цифровой звуковой выход. По протоколу он соответствует стандарту S/PDIF, но уровни сигналов там ТТЛ/КМОП. Взяв за основу соответствующую схему, вы можете сделать такому приводу коаксиальный или оптический выход в полном соответствии со стандартом.


    ОКОНЧАНИЕ СЛЕДУЕТ....

    Сообщение было отредактировано 2 раз, последнее редактирование пользователем DVDik ().

  • - Заключительная часть -


    Детали и конструкция


    Во всех схемах в качестве TR1 может быть использован импульсный ВЧ трансформатор от неисправного сетевого адаптера для персонального компьютера. Коэффициент трансформации 1:1
    Можно сделать такой изолирующий трансформатор и самому - рис. 11.


    Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данного изображения.


    Обмотки содержат 5-6 витков провода диаметром 0,5 мм на ферритовом кольце 13x7,5 мм, высотой 5 мм. Основное требование - феррит должен быть высокочастотным, например 20ВЧ; обычные ферриты НМ/ММ не годятся. Например такой: Philips Type TN13/7.5/5-3E25, относительная магнитная проницаемость µ=4500.
    При стандартном напряжении 0,5 В трансформатор обеспечивает передачу в полосе от 50 кГц до 17 МГц, что более чем достаточно для S/PDIF.
    На рис. 12 и рис. 13 изображен пассивный S/PDIF разветвитель, обеспечивающий передачу сигнала одного источника сразу двум приёмникам. От изолирующего импульсного трансформатора он отличается только количеством витков - первичная 7 витков, две вторичных - по 5 витков.


    Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данного изображения.


    Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данного изображения.


    Тип основной микросхемы, применённой во всех схемах 74HC04 - High Speed CMOS Logic Hex Inverter содержит 6 инверторов. Цоколёвку см. в приложении.


    TOSLINK - остаётся единственной деталью, найти которую будет для кого-то затруднительно. За границей это сделать будет полегче, а вот на просторах стран СНГ - это большая проблема.
    Реальные места где можно попробовать достать TOSLINK (не обязательно новый) - это радиомастерские по ремонту радиоаппаратуры и радио-рынки. Если вам не повезло найти TOSLINK, то не стоит опускать руки. Один элемент из двух, а именно оптический передатчик - можно сделать самому. Для этого нам потребуется всего лишь обычный красный светодиод, желательно поярче, сгодится даже советский АЛ307, но лучше использовать современные импортные светодиоды с повышенной светоотдачей маленького диаметра (около 3 мм). Светодиод включается через токоограничительный резистор 100...240 Ом вместо фирменного модуля.
    Проблема "как закрепить светодиод в приёмном гнезде" или состыковки с оптическим кабелем имеет множество решений. Самый оригинальный и простой вариант - в качестве стыковочного узла используется защитная ЗАГЛУШКА, обычно установленная на всех модулях TOSLINK (на DreamBox-е такая тоже стоит).
    Более того, при таком варианте изготовления передающего модуля TOSLINK - можно исключить оптический кабель из связки двух устройств, потому что самодельный "передатчик-заглушка" стыкуется непосредственно с приёмником, удлиняются лишь три провода - сигнальный, + U питания и земляной.
    К сожалению изготовить самодельный приёмник - не представляется возможным, т. к. обычно помимо фотоэлемента в приёмных модулях применяется специальная схема автоматической адаптации порога, стабилизирующая характеристики опто-электрического преобразования в диапазоне принимаемой оптической мощности от 24 до -14 дБм и тем самым минимизирующая "джиттер" - дрожание фронта цифрового сигнала.
    В таком случае проще организовать из оптического выхода - коаксиальный, применив например схему по рис. 4, но для этого придется вскрыть корпус устройства. Осциллографом, цифровым пробником или частотомером (кто чем богат) вычислить сигнальный вывод выходного оптического преобразователя, и подцепить к нему данную схему (без буферного элемента, он и так есть в схеме).


    Рекомендации.


    Необходимо соблюдать основные правила изготовления быстродействующих импульсных устройств - блокирующие конденсаторы нужно располагать непосредственно на выводах микросхемы, общий провод с минимальным сопротивлением и индуктивностью.


    И в заключении небольшая хитрость: несмотря на то, что при бифазном способе кодирования полярность (фаза) цифрового сигнала не имеет значения, некоторые производители умудряются сделать аппаратуру, которая оказывается чувствительной к этому параметру, поэтому если у вас срывается синхронизация или вообще отсутствует захват системы ФАПЧ в приёмном устройстве (симптомы: сильный шум вместо звукового сигнала) - просто поменяйте выводы одной из обмоток импульсного трансформатора или любым другим способом проинвертируйте фазу сигнала.


    ПРИЛОЖЕНИЕ


    Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данной ссылки на страницу.
    Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данной ссылки на страницу.
    Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данной ссылки на страницу.
    Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данной ссылки на страницу.


    Диод КД510А можно заменить импортным 1N4148.


    Желаю всем успешного S/PDIFа.


    -----------------------------------

    Сообщение было отредактировано 2 раз, последнее редактирование пользователем DVDik ().

  • Спасибо Pusha и Tuskan за положительную оценку моей писанины.
    Мне самому было это интересно.


    Pusha, письмо отправил.

  • AlexBeliy


    Полностью моя статья опубликована на сайте Alex Kross.
    Смотри Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данной ссылки на страницу..
    Ну а здесь опосля поправлю.
    Переложу рисунки на другое место.

  • Спасибо, загружаются.
    Есть оптический выход, коаксиальный по схеме рис.4 подсоединяется параллено или надо отключать светодиод в оптическом.

  • 2 DVDik


    Спасибо! Очень интересно. Давно ищу такую инфу.
    А как можно из оптического выхода TOSLINK сделать выход на 6 RCA тюльпанов? Технология вероятно другая - намного более сложная?

  • 2 vdemkov


    Это устройство уже будет называется декодером DTS/Dolby Digital, которое
    имеет 5.1-канальные аналоговые выходы - 2 фронтальных, 2 задних, центр и сабвуфер.
    Это задача гораздо сложнее и простыми логическими микрухами здесь не обойтись.
    Для этого необходимо применение специализированных м/x и самостоятельное
    изготовление врядли оправдано. Разве что как самоцель.
    Разумнее, если вернутся к вопросу - приобрести внешний AV-ресивер, в котором имеется
    не только подобный декодер, но масса других полезных функций (коммутация AV-сигналов,
    помогает при недостатке входных разьёмов в TV-технике, мощьный многоканальный усилитель,
    как правило универсальный обучаемый ДУ-пульт, радиоприемник и т.д.).

  • Цитата

    Со слов пользователя vdemkov
    2 DVDik


    Спасибо! Очень интересно. Давно ищу такую инфу.
    А как можно из оптического выхода TOSLINK сделать выход на 6 RCA тюльпанов? Технология вероятно другая - намного более сложная?


    Есть такая штука:
    Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данной ссылки на страницу.
    Но я тоже присоеденяюсь к 2 DVDik - лучше покупть AVreceiver

  • Долго искал, спасибо автору!
    Но, к сожалению картинки из заключительной части не открываются :(
    Продолжил поиск:)Кому понадобится - оригинал сатьи Пожалуйста зарегистрируйся для просмотра данной ссылки на страницу.

    Сообщение было отредактировано 1 раз, последнее редактирование пользователем SysOp ().

  • 2 SysOp
    Я готов восстановить битые картинки, но после обновления форума мне стала недоступна кнопка редактирования СТАРЫХ постов, даже не смотря на моё авторство. Раньше такая кнопка была. Может наши модераторы обратят на эту тему внимание и подправят.
    Вот написал это сообщение и увидел, что у него есть кнопка "Изменить", а вот старые сообщения редактировать увы нельзя. HELP

  • 2 SysOp
    Я готов восстановить битые картинки, но после обновления форума мне стала недоступна кнопка редактирования СТАРЫХ постов, даже не смотря на моё авторство. Раньше такая кнопка была. Может наши модераторы обратят на эту тему внимание и подправят.
    Вот написал это сообщение и увидел, что у него есть кнопка "Изменить", а вот старые сообщения редактировать увы нельзя. HELP

    Это нормальная ситуация на всех форумах. Можно просто продублировать все картинки в новом сообщении (ответе) этой ветки.


    Хотелось бы увидеть данную ветку в полноценном виде.