Come ottenere il massimo da un sistema meccanica + dac

Il Reclocking dell'interfaccia SPDIF in pratica

Prodotto: Scheda per Reclocking dell'interfaccia SPDIF per CD Player e Meccaniche CD
Produttore: progetto DIY, nessun componente fornibile
Progetto: Giorgio Pozzoli - TNT Italy
Pubblicato: Dicembre, 2005 (Data progetto: Autunno 2001)

Introduzione

L'argomento che ci accingiamo ad affrontare è come ottimizzare l'uso di un clock di alta qualità in una meccanica CD o un lettore CD usato come meccanica, in modo da ottenere il massimo non tanto in termini di suono generato, ma di precisione e pulizia del segnale digitale S/PDIF emesso.

La soluzione

L'idea è molto semplice: invece di sprecare precisione del clock caricandolo con tutta la circuiteria originale, il clock migliore deve essere riservato esclusivamente a migliorare la qualità dell'uscita S/PDIF, mentre una "brutta copia" del clock stesso viene utilizzata per ottenere un sincronizzazione tecnicamente perfetta del resto, senza curarsi troppo del jitter.

Infatti, uno dei vantaggi dei sistemi digitali sincroni, come la nostra meccanica, rispetto a quelli asincroni è che il segnale digitale non può cambiare in un momento qualsiasi, ma solo in istanti specifici. Quindi, se si ha un segnale affetto da jitter, ma si ha a disposizione un clock privo di jitter cui il segnale è sincrono, è possibile creare una copia leggermente ritardata, ma perfettamente priva di jitter, del segnale originale semplicemente con una operazione di resincronizzazione (reclocking), che si ottiene "ricampionando" il segnale originale con un clock a prova di jitter.

La realizzazione e' altrettanto semplice. In pratica, si devono affrontare due problemi.

Per prima cosa, si deve avere a disposizione un clock di alta qualità, privo di jitter, e sincronizzare tutta la meccanica a questo clock. Se la vostra meccanica è di livello molto elevato, può darsi che il clock sia già di qualità adeguata. Qualunque oggetto in area consumer ha certamente un clock di qualità non ideale.

In tal caso, la soluzione migliore è la più radicale: eliminate completamente il sistema di generazione del clock (normalmente semplicemente un quarzo con un paio di condensatori), e installate uno dei molti super clock disponibili sul mercato (cito a puro titolo di esempio quelli di LC Audio, NET, Tent,...) al posto di quello di serie.

Secondo punto, si deve installare un circuito di reclocking. Si deve identificare sulla scheda il flusso S/PDIF a livello CMOS/TTL (molto approssimativamente 0/+5V). Ciò può non essere facile, a meno di non procurarsi lo schema circuitale, e può anche essere del tutto impossibile, perché il segnale S/PDIF potrebbe non essere disponibile del tutto sulla scheda.

Il caso più semplice, e l'unico che affronteremo in dettaglio, si verifica quando una uscita digitale ottica è già disponibile.

In questo caso il segnale è presente su uno dei pin di connessione dell'interfaccia ottica (TOTX). Gli altri pin sono normalmente connessi ai +5V o a massa, e quindi il pin caldo, cioè quello con il segnale, dovrebbe essere facile da individuare misurando la resistenza da massa e +5V a ciascun pin dell'interfaccia, usando un normale tester come ohmmetro.

In caso di dubbi, comunque, potete anche fare riferimento all'interessante documento di Tomi Engdhal disponibile in Internet, che contiene moltissime informazioni relative all'S/PDIF e alle interfacce audio digitali, ed anche note sulle TOTX e alcune loro piedinature.

Dobbiamo ora portare i dati risincronizzati al livello standard S/PDIF e condurli fino al connettore di uscita. Se la meccanica ha già una uscita digitale elettrica, si è fortemente tentati di riutilizzare i circuiti ed i connettori originali. Purtroppo non è una buona idea, soprattutto quando i risparmi in fase di progetto e realizzazione dell'unità originale sono stati particolarmente pesanti. La soluzione più semplice, alla fine, e anche quella che fornisce i migliori risultati consiste nel realizzare una uscita completamente nuova.

Infine, nessun circuito di alta qualità può dare il meglio di se con una alimentazione sporca, rumorosa e instabile. Perciò una alimentazione pulita, per quanto possibile indipendente dall'alimentazione generale della meccanica, è assolutamente necessaria per ottenere i migliori risultati. Per evitare di introdurre una ulteriore alimentazione, sorge spontanea l'idea di utilizzarne una in comune fra clock e circuito di reclocking.

Ulteriori cure sono però necessarie per rendere l'alimentazione del clock e del circuito di reclocking il più possibile indipendenti e decorrelate fra loro. Per questa ragione è molto meglio se vi è un filtraggio ed una regolazione locale.

Il progetto

Nel seguito viene dettagliata una implementazione a costo molto basso. Non è certamente il meglio in assoluto, ma funziona e funziona bene. Il progetto è stato testato in un Pioneer PD-S505.

Il circuito del clock e quello di reclocking sono separati. Questo è dovuto essenzialmente alla necessità che ho di poter confrontare clock diversi, e al fatto che questi clock sono normalmente sistemi completi, autosufficienti, con un proprio alimentatore. Se state progettando un vostro clock, non c'è nessun motivo per non montarli sulla stessa scheda, a condizione che utilizziate regolatori separati per i circuiti e che teniate il clock un po' in disparte in modo da evitare o almeno ridurre la propagazione dei disturbi.

Per tale motivo è assolutamente necessario utilizzare un piano di massa: è un metodo molto potente per ridurre ogni sorta di effetti incrociati fra i diversi componenti.

Per il clock, potete scegliere qualsiasi clock a basso jitter del mercato. Se ne avete già uno, potete benissimo usarlo. Se è veramente un clock di qualità adeguata, dovrebbe già avere un filtraggio ed una regolazione locale. Se non la dovesse avere, aggiungetela.

Il clock, se separato, deve essere posizionato il più vicino possibile al circuito di reclocking, che dovrebbe essere più vicino possibile al connettore di uscita; la distanza dalla posizione originaria del clock è molto meno rilevante.

Nel caso vi venga l'idea, NON usate gli invertitori disponibili in U105 come buffer del clock. E' certamente meglio aggiungere un altro invertitore sestuplo per salvaguardare la pulizia e precisione del clock, ma soprattutto per garantire la pulizia del flusso S/PDIF. In questo caso l'alimentazione deve venire dal clock e si deve provvedere ad un adeguato disaccopiamento dell'alimentazione.

Sia il circuito di reclocking che il driver di linea sono molto semplici. Il reclocking è semplicemente ottenuto con un flip-flop di tipo D, che "campiona" il valore dell'ingresso sul fronte di salita del clock, e mantiene stabile questo valore fino al prossimo fronte di salita del clock stesso. E' proprio tutto qui.

Il driver d'uscita è stato ispirato (diciamo meglio copiato) dall'interessante documento di Tomi Engdhal citato prima, ed è stato originariamente pubblicato da Elektor. Ha abbastanza potenza per pilotare una linea da 75ohm e sufficiente velocità da mantenere i fronti del segnale più ripidi possibile, il che aiuta parecchio a ridurre il jitter. Un driver di linea RS-485 sarebbe stata una soluzione più appropriata, ma non è così facile da trovare ed è sicuramente più costoso

Il trasformatore di uscita è fatto in casa. Ho usato un toroide di ferrite della RS Components, codice 212-0831, ed ho avvolto le spire del primario e del secondario con filo di rame solid core isolato (del tipo usato normalmente per i secondari dei trasformatori di alimentazione). Sfortunatamente i toroidi di ferrite originali non sono più disponibili, cercate qualcosa di simile, di dimensioni sufficientemente ridotte. Il primario ha 15 spire, il secondario 3.

L'installazione

Prima di tutto si deve eliminare il clock originale. Fate riferimento alle indicazioni del vostro clock (o a quelle di un altro, sono tutte molto simili: un tempo quelle dell'LClock XO erano molto più complete e dettagliate, ed erano disponibili per una quantità di macchine diverse, ma il sito è stato modificato...) per individuare i componenti del clock ed eliminarli.

Quindi, dovete installare il nuovo connettore SPDIF. Il connettore deve essere isolato dal contenitore, e può essere sia un RCA che un BNC. Personalmente preferisco i BNC, che sono disponibili con una impedenza precisa di 75ohm. Comunque i migliori cavi digitali che conosco hanno terminazioni RCA... quindi non preoccupatevi troppo quando dovrete scegliere.

Ora dovete preparare il cablaggio. Come detto, è prioritario tenere il cablaggio fra clock e unità di reclocking, e fra questa e l'uscita, più corto possibile, non più di pochissimi centimetri; solo in seconda battuta si deve cercare di limitare la distanza fra le nuove schede e la nuova alimentazione, e dalla scheda del clock alla posizione originale del clock.

Per tutte le connessioni di segnale e di alimentazione a bassa tensione, si può usare del doppino solid core, prelevato ad esempio da un cavo di rete UTP Cat.5.

Per finire, si deve connettere l'ingresso del nuovo alimentatore al connettore o ai punti di saldatura dell'alimentazione a 220V. Usate un cavo che possa sopportare le alte tensioni in gioco: NON usate cavi UTP qui!!! Tenete il cavo il più possibile lontano dai circuiti digitali ed audio per evitare che siano disturbati dai 220V.

A questo punto c'è solo da accendere la macchina, e sperare che tutto funzioni...