안녕하세요.

아무도 없군요. ^^

2년전 쯤에 알리 익스프레스에서 구입한 USB DAC을 좀 만져보았습니다.

몇분 들어보고 마음에 들지 않아서 2년 동안 방치 상태에 있었죠.


DDC는 SA9023을, DAC은 ES9018K2M을 사용한 제품입니다.


USB-DAC-ESS-ES9018K2M-AD823-SA9023-USB-DAC.jpg


top.jpgbottom.jpg



뜯어서 내부를 좀 살펴보면.

  USB 5VDC 전원을 초크 코일로 1차로 거친후 각 레귤레이터, OPAMP에 전원을 공급

  DDC 전원은 1117(3.3V), DAC 전원은 LT1763(3.3V) 레귤레이터를 각각 사용

  OPAMP는 초크를 거친 단전원 사용 및 1/2로 분압하여 Vref 로 사용 

  저항은 J급 오차 5%


가장 먼저 저항을 F급으로 교체하는 작업을 하였습니다. 심리적 위안(?)이죠.

없는 저항들이 있어서 다른 부품과 겸사겸사 주문하여 교체하였고, 어레이 저항은 1/4W F 쓰루홀 저항을 이어서 만들었습니다.

그리고 커패시터도 몇개 교체해 주었습니다.

1.jpg20180904_080550_crop.jpg

(교체전 : 왼쪽,   교체후 : 오른쪽)


그러나 교체전/후 사진을 비교해 보면 커넥터도 달리고, 커패시터와 초크 코일은 누워있고, 기판 지지대도 달려있으며, 오피앰프가 SOIC 형태에서 DIP형으로 바뀌었습니다.

뭔가 이상하게 되었습니다.

커패시터까지 교체하고 OPAMP쪽 회로를 좀 살펴보니 단순하게 저항과 커패시터만 교체해서 만족할 만한 결과를 얻기 힘들것으로 생각되었습니다.


저는 ES9018K2M DAC IC는 당연히 전류 출력형인줄 알았습니다. 

OPAMP 한개로 I/V, LPF 모두 겸하는 회로가 신기해서 회로를 역으로 그려보았지만 뭔가 좀 이상했습니다.


Original v out crop.jpg



암만봐도 MFB(Multiple FeedBack Filter : 전압 도메인) 같아 보이고, 전류 출력으로 하여 시뮬레이션을 해봐도 측정되는 값들이 정상이 아닌 값들이 나왔습니다.

해답은 ES9018K2M 데이터 쉬트와 http://www.audiodesignguide.com/DAC32/ 이 사이트에 있었습니다.


datasheet Capture-1.jpg

datasheet Capture-2.jpg



요약하면 전류 출력이지만, Full-scale 3.05Vpp를 출력할 수도 있도록 내부에 781.25 옴의 저항이 있다는 내용입니다.

위 표에 있는 값으로 R = V / I = 3.05 / 0.003903 이것을 계산하면 대략 781옴의 저항값이 나오지요.

실제로 위의 회로에 사인파 생성기 프로그램으로 1KHz를 출력시키고 ES9018K2M의 차동 출력측의 AC 전압을 측정해 보면 거의 비슷한 값이 측정 됩니다.

저런 비슷한 회로를 사용하는 DAC은 I/V단은 없고 LPF단만 있는 구성이지요.


20180905_004731 rotate.jpg



어디서 많이 보던 DAC 보드 입니다. ^^

왼쪽은  ES9018K2M, 오른쪽은 ES9028Q2M을 사용한 알리발 DAC입니다. 전압출력으로 모두 같은 LPF 회로를 사용하죠.


전압출력, 5V 단전원(사실 4.8~4.9V 정도) 공급인 상황에서 시뮬레이션을 해보면.


Bode 1.jpg



감쇠전에 약 +0.815dB 정도 증가했다가 감쇠가 시작됩니다.

설계자의 의도인지 아닌지 알수도 없고, 비록 가상이지만 저 뽈록한걸 확인한 이상 회로수정을 하고 싶어졌습니다.

그런데 출력 파형을 보면 수정을 해야 할 수 밖에 없을것 같아 보입니다.


Osc 1.jpg



실제 출력은 확인해 보지 못했지만, 제가 이 제품을 잠깐 듣고 약 2년간 방치한 이유가 클리핑이 발생하는것 같아서 들을 수가 없었습니다.

단순히 생각해보면 5V를 반으로 나누면 2.5V이므로 최대 출력신호의 피크 전압은 2.5Vp까지 허용가능할 것입니다.

그런데 보통 상용기기 출력이 2Vrms 이므로 피크 전압은 약 2.83Vp이고 이 값은 2.5Vp 보다 크므로 클리핑이 발생할 수 밖에 없는 상황인거죠.


이쯤에서 LPF '게인'에 대해서 언급을 해야될것 같네요.

원래 LPF 회로의 게인은 약  1.322 입니다. DAC에서 차동 신호로 1.05Vrms가 출력되는 것을 고려하면 출력 신호는 2Vrms를 훨씬 넘게 되고 클리핑도 더욱 심해질 것입니다.

수정전의 제품의 파형을 측정하지 않아서 지금은 추측을 할 수 밖에 없는데요.

DAC의 +/-  아날로그 출력(V)이 무 부하시에는 거의 비슷한 값이 측정되지만, 위의 LPF에 연결되면 한쪽이 신호가 약간 감소합니다.

결과적으로 최종 출력 신호 크기는 감소하게 되므로 2Vrms 근처가 되지않을까 생각됩니다. (저전압 동작도 출력신호 감소에 영향을 줄것 같네요.)

암튼 믿을 수 없는(-_-?) 제 귀로 확인한 클리핑을 없애기 위해서 수정해야 했습니다.


이 문제를 해결하는 가장 간단한 방법은 공급 전압을 높이면 되지만, '이왕 뜯은거 갈때까지 가보자!!' 라는 생각에........


20180904_081217.jpg



두둥~~

OPAMP용 양전원을 만들었고, LPF를 수정하였습니다.

LUNA DAC에서 사용하다 발열이 심해서 교체되었던 SMPS를 활용하여 약 +/- 11V 정도의 양전원 회로를 구성하였고,

케이스 간섭을 피하기 위해서 커넥터와 커패시터를 눕혔습니다.

우연인지 높이가 딱 맞아서 SMPS 윗면을 통해 케이스 방열을 할 수 있게 되었습니다.


 20180904_084540.jpg


20180904_081254.jpg


20180904_083607.jpg

합체!!!!!


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사용된 OPAMP는 SMD 타입이지만, 떼어네고 DIP형 소켓 다리를 모아서 교체가 가능하도록 하였습니다.

예전에 알리익스프레스에서 SOIC ==> DIP 변환 소켓을 저렴하게 팔았던 걸로 알고 있는데 지금은 알리에 없는것 같네요.


adapter 1.jpgadapter 2.jpg



수정한 LPF는 게인 1, Bessel,  출력 신호 1.81 Vrms 입니다.

작아진 출력 전압을 다시 보정하기 위해 수정을 한번 더 해야하는데요. 슬슬 귀차니즘이 발동하여 잠시 이대로 들을려고 합니다. ^^


New v out crop.jpg



위 회로로 시뮬레이션을 돌려보면 볼록(리플)없이 매끈하게 떨어집니다.


Bode 2.jpg



변경 전/후 비교 입니다.


Bode 3.jpg



시뮬에서 출력 파형은 실제 출력 크기와 쪼금 차이가 나는 군요.

공급전압 부족으로 인한 클리핑이 해결되었으니 괜찮습니다.ㅋ


Osc 2.jpg



저항교체, 양전원 만들기, LPF 수정 했으면 뚜껑을 닫아도 되지만 눈에 자꾸 걸리는 부분이 있었습니다.

DDC SA9023용 전원으로 3.3V를 1117-3.3 레귤레이터를 사용하지만 핀 배치를 보니 로우 노이즈 레귤레이터로 교체가 가능해 보였습니다.


DDC Reg.jpg

교체전


20180904_081014.jpg

교체후



가성비(?) 좋은 LP5907로 교체하였습니다.

마지막으로 수정할 곳은 DAC ES9018K2M의 DVDD 핀에 관련된 것으로 알리발 ES9018K2M 보드에서도 잘못되어 있는 부분입니다.

(그런데 동작은 잘 됩니다. -__-;;)

ESS DAC의 경우 MCLK에 임의의 외부 클럭을 사용할 수 있습니다.

이 외부 클럭 주파수에 따라 DVDD이 내부 레귤레이터로 운영이 될 수도 있고, 외부 전원으로 운영이 필요할 수도 있습니다.

구글에서 줍줍해온 사양표를 보면 50MHz 이상의 클럭 사용시 DVDD핀에 +1.3V에 해당하는 외부 전원을 공급하라고 명시되어 있습니다.


dvdd 1.jpg


dvdd 2.jpg


dvdd 3.jpg


dvdd 4.jpg



알리발 DAC 보드를 살펴보면 ES9018K2M의 경우 100MHz 오실레이터를 사용함에도 불구하고 내부 +1.2V 전원을 그대로 사용하고 있지만,

ES9028Q2M의 경우 LM317을 사용해서 +1.3V를 공급해 주는 것을 확인할 수 있습니다.

여담이지만 ES9018K2M 보드의 경우 빨간색으로 표시한 곳의 레귤레이터도 잘못 되어 있는것 같습니다.

5V 레귤레이터인데 DAC IC에 5V 공급을 요구하는 핀은 없습니다.  동작은 하지만 3.3V 레귤레이터로 교체해서 사용하는게 좋겠죠.


20180905_004810_001.jpg


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1.3V 레귤레이터도 추가해 주었습니다.


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마킹이 거꾸로 된 HAS 입니다. ^^



20180904_090302.jpg



여기까지 작업하고 뚜껑 닫아서 사용중에 있습니다.

한가지 숙제(LPF 재수정)가 남긴 했지만, 청음중 작업한 보람을 느낄 수 있었습니다. ^^ㅋ

두서 없는글 보시느라 고생하셨습니다.

감사합니다.