DAC7 : WM8741 WM8805 24/192kHz Liaison PC => Ampli


La connectique des cartes son de PC n’étant pas terrible, depuis un moment je songeais à utiliser la sortie S/PDIF optique de mon Asus sur un DAC externe pour écouter mes DVD musicaux, en espérant avoir un meilleur son..

Après la rédaction d ‘un article sur les divers types de DACs, j’ai choisi le Wolfson W8741, laissant de coté le Sabre 32 ES9018.

Je viens de le tester cet après-midi sur le PC, sur un CD de guitare acoustique, que j’ai bien en tête. Effectivement ça arrange bien le son.. rien à voir avec la sortie analogique.

Je l’ai aussi testé sur la sortie optique de mon Kenwood DP 1100 SG, je n’avais qu’à basculer la source sur l’ampli pour comparer le WM8741 et le DAC interne de mon Ken.

Bin là y a pas photo non plus. La Wolfson surpasse le PCM56P-K du kenwood. ( ils ont les mêmes amplis OPs, des NE5532 )

J ‘ai trouvé ce kit assemblé pas trop cher si on compare au Sabre.

DAC WM8741

DAC WM8741 annonce

Le WM8805 et les deux WM8741 sont montés dessous

J ‘ai pris l’option « meilleur quartz » TCXO qui sera monté à la place de celui prévu en série.

DAC WM8741 annonce TCXO

Le total est de 81 € port compris.

Je prendrais l’extension USB XMOS plus tard.

C ‘est donc un DAC multibits Delta Sigma.

http://www.wolfsonmicro.com/documents/uploads/flyers/en/WM8741_product_flyer.pdf

L’expédition est faite rapidement, mais le voyage et surtout le passage en douane font que le délai de livraison est très long ( un mois pour ma précédente commande chez eux ).

Le colis arrivé, je trouverais un coffret et le transfo chez Audiophonics à des prix raisonnables.

Sans oublier le filtre secteur Schaffner et
Schaeffer pour la découpe et gravure des faces AV et AR

Je n’ai pas encore le schéma, mais envoyant le nombre de régulateurs (équipés de radiateurs de différentes tailles, on peut penser qu’il y en a un pour chaque WM8741, un pour le WM8805 et un pour l’horloge et d’autres pour l’analogique……

DAC WM8741 Alimentations

La carte WM8741 d’ Audiophonics en a beaucoup moins ( un par tension ) :

7573_DAC_WM8741_AUDIOPHONICS_4

Elle est aussi plus petite: Dimensions de la carte principale d’ Audiphonics : 135 x 100 contre : PCB Size : 185 x 135 mm pour celle de minishow

En effet : cette carte ne compte pas moins de 10 régulateurs de tensions séparés. On peut dire que la partie alimentation a été soignée.

Les références de tension sont des TL431

Features
• Programmable Output Voltage to 36 Volts
• Low Dynamic Output Impedance 0.2Ω Typical
• Sink Current Capability of 1.0 to 100mA
• Equivalent Full-Range Temperature Coefficient of
50ppm/°C Typical
• Temperature Compensated For Operation Over Full Rated
Operating Temperature Range
• Low Output Noise Voltage
• Fast Turn-on Response

et des régulateurs LT1085

Le top aurait été de mettre des Ultra Low Noise de Maxim

http://www.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/3657

Un supplément de 20 € par sortie régulée, soit 200 €.

Schema DAC7

– Le + et – 12 V Analogique :

Alim 12 V symétrique

– L’horloge en + 5 V ( N1)

Alim N1 clock

– Un pour chaque DAC WP8741 ( N3 et N3A)

Alim N3 et N3A

– Un ( N4 ) commun aux deux DACs pour alimenter leur circuit de controle de mode de fonctionnement.

Alim N4

– Quatre régulateurs indépendants :
Deux ( U2 et U3 ) 3,3 V pour le WM8805

Deux ( U1 et U4 )pour l’extension USB

Alim U1 U2 U3 U4

La notice !!!

Switch&input of DAC7-

WM8741 DAC7 jumper SEL

Bon, c’est suffisant.

Schéma étage analogique :

1- Recommandé par Wolfson

Schema analogique recommandé par Wolfson

C ‘est pour un seul DAC fonctionnant en stéréo

2 – Schéma étage analogique du DAC7

Schema analogique du DAC 7

C ‘est pour deux DACs fonctionnant en Mono

La configuration se fait avec les pins DIFFHW ( 6), qui sont mise à + 5 V sur les deux DACs et les pins MODE/LRSEL (24) qui permettent de choisir d’envoyer soit la voie droite , soit la voie gauche sur les deux sorties ( D et G ) de la sortie différentielle

Configuration mono stéréo

On peut vérifier sur le schéma ci dessous comment les pins 6 et 24 sont raccordées.

Schema WM8741

La meilleure façon de comparer les deux schémas est de les refaire dans le simulateur Tina-Ti et de comparer les courbes de réponse et de phase des deux schémas..

Un petit tour par le Block diagram

WM8741BlockDiagram

L’intérêt d’avoir un DAC par voie est que chacun possède sa tension de référence AVDDL ( pin 20 ) et qu’un signal très fort sur une voie n’influencera pas l’autre voie ( moins de diaphonie )

Sur les deux schémas , le point milieu des sorties différentielles VMIDL et VMIDR est mis à la masse par un condo chimique de 10 µF ( plus un petit non chimique ).

Les sorties différentielles des signaux analogiques , sont en tension ( donc pas de convertisseur I/V en sortie ).

la suite après le passage dans Tina TI

Le Schéma du W0lfs0n.

( t0utes mes excuses , la t0uche de mn clavier est blquée et d0nc remplacée par zér0.)

J ‘ai raj0uté un transf0 à p0int milieu, un transf0 parfait à un générateur parfait, pour être sûre d’av0ir un signal symétrique, par rapp0rt à la masse, n’ayant pas d’autre indicatin sur le racc0rdement du p0int milieu des Dacs D et G

Schema W0lfs0n

Réponse W0lfs0n

Pour le DAC 7.

J’ai reproduit fidèlement le générateur, avec deux résistances internes de 10 k et le p0int milieu relié à la masse par un c0nd0 de µF.

La courbe de rép0nse est assez curieuse.

Mais j’ai eu des difficultés à fixer les valeurs de certains c0nd0s, par rapp0rt aux indicati0ns du schéma.

Je la referais avec un CD test.

Je reste perplexe :

Wolfs0n pr0p0se un filtre du 2 ème 0rdre avec une pente de -12 dB par 0ctave et une freq de c0upure élevée : 144 kHz

De toutes façons il y a plusieurs types de filtres dans le DAC ayant chacun leur réponse, selon qu’on est en Lowrate 44,1 kHz, en Middle rate 96 kHz, ou en Fast rate 192 kHz et il y a au minimum 100 dB d’atténuation à 20 kHz. Mais on verra plus tard.

Contrôle du DAC WM8471.

Certains DAC se pilotaient uniquement en mode Hardware ( un certains nombre de Pins pouvaient être à zéro ou à 1 ), d’autres ne se pilotaient que par un liaison série avec une interface de commande qui permet de modifier des registres internes.

Le WM 8741, se pilote des deux façons. Toutefois le contrôle par Hardware ne permet pas d’utiliser toutes les fonctions du DAC ( c’est dommage pour certaines ).

F0nctions disponibles dans les divers modes

L’ensemble des pins de contrôle :

Pins de controle harware

Une autre particularité ( souvent rencontrée sur les chips pour limiter le nombre de pins ) certaines pins ont plusieurs fonctions, suivant la configuration d’autres pins.

Une autre encore : les pins peuvent avoir trois états :

0 : raccordée à la masse

1 raccordée au + V

Z : indéterminée : raccordée dans le vide ou no raccordée.

C’est donc le schéma et le circuit imprimé qui vont définir le fonctionnement de notre DAC, ainsi que quelques switches.

Schema WM8741

Commençons par la première : MODE/RSEL

MODE-RSEL bis

Puis la seconde : DIFFHW

DIFFHW

C ‘est elle qui définit que le DAC va fonctionner en mono avec sortie différentielle.

DIFFHW

Sur le schéma elle est au +5V DW8741, donc à 1

Notre DAC fonctionnera donc en mono.

Puis on revient sur la pin MODE RSEL

MODE-RSEL

Puisque DIFFHW est à 1 :

When DIFFHW=1:

0 = left channel mono
1 = right channel mono

la Pin 24 est à la masse pour le DAC N0, donc canal gauche

elle est au +5 pour me N0A , donc il nous sortira la voie droite.

Puis la FSEL/DINR (4)

Filtres disp0nibles en hardware M0de

C ‘est une pin 3 états, sur le schéma elle est à la masse donc qu’on soit dans le mode 44,1 ou 192 , on n’aura le choix que du filtre avec réponse 1 )

En mode hardware on a le choix qu’entre trois filtres selon l’état de cette pin.

En mode software on aurait le choix entre 5 filtres différents.

Ils ont choisi la simplicité d’utilisation, car la configuration par soft, si elle offre pas mal de possibilités est assez complexe à réaliser..

la pin OSR/DSDR (22)

OSR-DSDR

Elle est reliée par un switch qui donne 0 ou 1 , mais pas Z ( il aurait fallu u inverseur trois positions :

The user has control of the oversampling ratio of the WM8741, and can set to the device to operate in low, medium or high rate modes. For correct operation of the digital filtering and other processing on the WM8741, the user must ensure the correct value of OSR[1:0] is set at all times.

Les filtres répondent différemment selon le niveau d’oversampling choisi ici.

Je risque d’être emmerdée avec la sortie TOSlink de mon PC qui plafonne à 96 kHz et qui correspond à medium rate.

Sinon il faudra dessouder les R1 et R1B, pour que la patte OSR/DSDR soit en l’air, au lieu de + 5 V.

Les divers types de filtres selon l’ OSR :

Divers types de filtres selon OSR

Compléments d’information sur ces divers types de filtres.

Comme on l’a vu plus haut on aura pas le choix pour chaque catégorie d’OSR, on aura que le premier de la liste de chaque catégorie d’ OSR : le filre réponse 1.

Fltre Soft Knee :

Un filtre « mou du genou  » 🙂 , illustration :

filtre soft knee

Apodising filter :

Le terme « apodising », en math ( transformée de Fourier ) se traduit par fenêtrage ~ fenêtre d’observation d’un signal infini.

apodising

Pour interpréter les carcatéristiques des divers filtres, voici à quoi correspondent les notions de ripple, passband stopband et stopband atténuation pour un flitre passe bas, qu’on retrouve dans le tableau.

Passband Stopband

Pour un CD Audio, on doit choisir Low rate en OSR et on a le filtre réponse 1 ( jaune ).

Caractéristiques filtres en OSR Lowrate

Courbes filtres en OSR Lowrate

Pour une Fs de 44,1 kHz :

passband = 0.454fs = 20 kHz

stopband = 0.546fs = 24 kHz

la stop band atténuation est de 111,8 db

Si je rentre les mêmes critères de filtrage dans Filter pro ( calcul de filtres analogiques : voici la réponse.

flitre analogique

Courbes filtres en OSR Lowrate rep 5

Avec les filtres 4 et 5 , la différence porte sur l’atténuation à Fs/2 soit 22 kHZn on a que -6db, au lieu de -110, mais à 24 kHz elle est à -110, donc on chuterait un peu plus rapidement, c’est tout.

Avec un sample à 96 kHZ :

Courbes filtres en OSR Medium rate

passband = 0,208 fs = 19,968 kHz
stopband = 0,5 fs = 48 kHz

la stopband atténuation est de -120 dB soit pour une différence de 28 kHZ, au lieu de 4 kHz , le filtre a donc moins de pente et donc si on était en OSR 96 kHz avec un CD samplé à 44,1 on aurait un filtre moins bon..

Qu’est ce qui changerait si on avait le choix des 5 filres en medium rate ?

Caractéristiques filtres en OSR Medium rate

la passband est à 0,208 fs sauf pour la réponse 3 , elles est à 0,417 fs soit 40 kHz

Pour le 192 kHz; hight rate, on a la pass band à 0,104 fs donc ~20kHz, soit 20 kHz, et la pass band à 96 kHz. sauf pour le filtre réponse 3 où la passband est à 0,4 fs soit 78 kHz.

http://www.hifiwigwam.com/showthread.php?59688-Apodising-Filters-pre-ringing-etc

A suivre :

Le signal.

Le WM8741 gère le format PCM et le format DSD (Direct Stream Digital )

580px-PCM-vs-DSD.svg

Le DSD est une variante des modulations utilisées dans le Delta Sigma ( PWM et PDM) ). Pour un CD on convertit le signal PCM en ( PWM ou PDM ) (utilisables dans un ampli classe D ).

16DM32

PWM_3L

Normalement on a pas besoin de transformer le DSD en PCM pour le transformer en analogique, puis qu’on doit ensuite le convertir en PWM ou PDM !!!

Voir le DSD DAC du Lampizator

C ‘est sûrement pour des raisons d’interopérabilité des divers appareils, que cette solution a été retenue.

WM8741BlockDiagram

L ‘entrée DSD est suivie d’un convertisseur DSD => PCM

SCLK-DSD

C ‘est la pin SCLK/DSD (24) qui choisit le mode de fonctionnement PCM ou DSD.

Sur le schéma elle est à la masse, donc notre DAC ne fonctionnerait qu’en PCM.

Format des données Audio :

Pins CSB/SADRR/I2S (28) et IWO/DOUT (23)

La 28 et la 23 sont reliées au + 5 V donc notre DAC fonctionne en 24 bits I2S

CSB-SADDR-I2S

I2S Mode

Les noms des signaux de la liaison I2S ( ici bidirectionnelle ).

I2S Signaux

Mute pin MUTEB/SDOUT (25)

MUTEB

En hardware mode, cette pin ne concerne que le signal DSD

En hardware mode et en PCM le Soft Mute est disponible ( voir ce tableau )

F0nctions disponibles dans les divers modes

Revenons à notre signal audio PCM en I2S:

I2S MODE

LRCLK : aiguille vers canal droite ou vers canal gauche

BCLK : Bit clock pointe chaque bit de la trame.

DIN : c’est les données.

Pins entrée signal

Sur le schéma :

Liaisons Pins entrée signal

Ces signaux proviennent du décodeur S/PDIF le WM8005

Sortie signaux  du décodeur SPDIF

C ‘est un DAC , il a donc une entrée S/PDIF. Si c’était un lecteur, le signal viendrait d’un circuit de décodage de la trame du CD-Audio.

Ces circuits de décodage sont souvent équipés de liaison I2S ( une façon simple de transmettre des données en série un flux de données entre deux « chips » voisins, car ce n’est pas fait pour les longues distances.

Pour les distances moyennes (< 10 m) il vaut mieux passer par le S/PDIF, pour de plus longues distances par l' AES/EBU. Avec le S/PDIF ou l' AES/EBU, on ne trimbale pas l'horloge , il n'y a que deux fils, l'horloge est contenue dans le signal par les transitions imposées.

WM8805 Décodeur S/PDIF ou Audio receiver

Pour bien comprendre la suite : voir mon article sur le S/PDIF

Pourquoi besoin d’un décodeur ?

Dans une trane S/PDIF , les données sont encadrées par un préambule ( 1 octet) avant les données qui sert de synchro de frame et de subframe ( données d’une voie droite et gauche ) puisqu’on ne transmet pas de signal Left Right clock pour dire ça c’est les octets de la voie droite et ça c’est les octets de la voie gauche ; et de synchro de blocs ( un gros paquet de frames ), et d’un octet après les données , qui est le Channel status, qui contient des informations sur les données qu’on envoie.. Le préambule et le channel status ne sont pas dans la trame I2S transmises au DAC. Il faut donc s’en débarrasser avant de les transmettre au WM84701.

Frame_SPDIF

Ce n’est pas la même forme de signal non plus : dans une trame I2S , on peut envoyer 16 bits à zéro, sans perdre l’horloge bit, puisqu’on envoie l’horloge Bitclock sur un fil voisin. Dans le S/PDIF on fait en sorte d’avoir une transition O-1 pour chaque bit afin de conserver la synchro ; c’est l’encodage BiPhase Mark signal

SPDIF

Frame_SPDIF

la trame I2S :

I2S MODE

La description DU WM805 sur le site de Wolfson :

http://www.wolfsonmicro.com/products/spdif_transceivers/WM8805/

WM8805_BlockDiagram

On remarque qu’il fait les deux :

– Receiver : transforme une trame S/PDIF en I2S

– Transceiver transforme une trame I2S en trame S/PDIF

( par exemple pour la sortie S/PDIF d’un lecteur de CD ( bien que certains circuits de décodage de trame de CD Audio comportent un convertisseur S/PDIF intégré)

Le controle du WM8805 se fait soit par hardware ( il est alors autonome ) ou par Software , offrant alors plus de fonctionnalités.

On remarque aussi qu’il possède 8 entrées Rx0 à Rx7, avec un système de sélection de l’entrée..

Mais ce sont des pins doubles , donc deux fonctions Rx xtrée S/PDIF ou GPO : bit de sortie du WM8005.

Aussi le WM8005 est très compliqué à configurer.

En mode Hardware Control, on ne peut utiliser qu’une entrée : la RX0

Les pins de contrôle :

Pins Controle WM8005

Voyons le schéma :

Pins WM8805

SDIN/HWMODE (7)

8805 SDIN HWMODE

Un peu plus de détails :

8805 Hardware control mode

C ‘est donc l’état de cette pin DIN à la mise sous tension ou après un Reset qui définit le mode.

Mais comme elle est reliée à la masse, on est toujours en mode Hardware Control.

Maitre ou Esclave

8805 MASTER-SLAVE

La pin SCLK (4) est reliée au +3 V , notre WM8805 fonctionne donc en mode Maitre.

Explication :

CSB

8805 CSB

GPIO0 SWIFMODE

http://www.diyaudio.com/forums/digital-line-level/234262-wm8805-software-s-pdif-mode-96khz-problems.html

USB

Jusque là, je ne m’y suis jamais intéressée. Si ma liaison S/PDIF optique fonctionne, je ‘en ai pas besoin pour écouter le son de mon PC sur la chaîne HiFi. C ‘est donc une découverte totale.

Mais mon DAC peut être équipé d’un module USB, autant savoir ce qu’il est possible de faire avec et comment il est raccordé au WM8741. D’utant plus qu’il faut mettre un jumper si on utilise pas de module USB.

WM8741 DAC7 jumper SEL

Module USB

D8V : c’est l’alimentation + 5 V venant de U4 et dédiée à l’USB uniquement.

S1 et S1A

USB S1 S1A

On retrouve S1 sur le sélecteur K1 « coax ou USB », c’est logique. L’USB est donc une source numérique.

S1-S1A

Puis on trouve S1A sur l’entrée TOSLINK.

Comme par hasard on nous demande de ponter S1 et S1A ( plus probable que VBUS DP)

Et donc avec le jumper, entre S1 et S1A , on ramène l’entrée TOSLINK sur le sélecteur K1 qui devient USB – (Coax ou Toslink )

Le module Toslink est un récepteur. Que va-t-il faire dans le module USB ?

Si je raccorde un lecteur CD sur le TOS LINK de ce DAC, est ce qu’il envoie le signal audio au PC via l’USB ?

Pour avoir la réponse, ça demande d’étudier le module USB.

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3 commentaires pour DAC7 : WM8741 WM8805 24/192kHz Liaison PC => Ampli

  1. Prof-Shadocko dit :

    Effectivement intéressant ce Wolfson… Pensez-vous que, qualitativement, il surpasse aussi le PCM 63P-K de Burr-Brown ? qui équipe mon convertisseur DIY 20 bits. J’envisage d’équiper mon CD 62 d »un autre DAC car celui présent à l’intérieur (séries SA 72XX) est plutôt décevant même par rapport aux vénérables TDA 1541; y’a pas photo !
    Vu que je n’ai pas vos compétences, votre avis me sera plus que pertinent !
    Bonne journée.
    Audiophilement vôtre !

    • jeanlouis31 dit :

      Bonsoir,

      Si je peux me permettre, après avoir testé personnellement un DAC équipé de deux 8740 ainsi qu’un DAC équipé de la toute dernière puce qui a fait fureur (l’ESS9018) je vous recommande plutôt de partir vers un TDA1541 modifié tel que décrit dans les articles présents sur ce Blog.
      Vous pouvez lire les différents commentaires des version DAC ou CD pour constater que tous ceux qui l’on testé l’on apprécié.
      Donc pour vous si votre lecteur à une sortie numérique et que vos compétences le permettent, je vous recommande la réalisation du DAC NOS présenté plus haut.

      Musicalement votre,

      • Prof-Shadocko dit :

        Bonjour,
        je vous remercie pour cet éclairage…
        Le CD 50 est bien équipé d’un TDA 1541 donc la modif est bien possible. Quelle est la valeur des condensateurs CMS ? (100nF?)
        Mais pour le CD 62, équipé d’un DAC des séries SAA 73XX et qui possède une sortie SPDIF j’avais envisagé le 8741… car pas trop coûteux, dont la presse spécialisée n’a pas tari d’éloges… et disponible chez Audiophonics. Car franchement le DAC du CD 62 restitue un son dur, bien moins aéré et moins défini que celui de son prédécesseur TDA 1541… bref peu engageant ! Par contre ce lecteur embarque la même excellente mécanique CDM 4/19 comme le CD 50 et c’est pour cela que je l’avais acheté. Il est archi difficile de trouver aujourd’hui la CDM 4 même d’occasion, alors neuve !!

        Audiophilement JM

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