RStAudio XOno 2019

XOno 2019 von vorne

 

!!! Leiterplatten verfügbar !!!

 

Inhaltsverzeichnis

Wer sich für meinen ersten XOno Nachbau interessiert, findet den Bericht darüber unter dem folgenden Link: XOno 2008.

Einleitung

01.05.2019

Seit 2008 stelle ich Leiterplatten für einen Pass Labs XOno Nachbau zur Verfügung und es sind über die Jahre unerwartet viele aufgebaut worden. Leider geht der Goldstaub – also die herausragenden 2SK170 JFET’s von Toshiba – zu Neige. Der Lieferant, den ich immer empfohlen hatte, kann mittlerweile nicht mehr anbieten. Es wird also schwierig bis unmöglich eine originale XOno aufzubauen.

Ende 2018 entschloss ich mich, einen MC-Vorvorverstärker auf Basis der XOno Topologie mit den 2SK2145 JFET’s von Toshiba als Einsteckkarte für meinen DPV1 Phonovorverstärker zu bauen. Sie sollte mir als Versuchsaufbau für eine neu zu designende XOno dienen. Diese Einsteckkarte habe ich Anfang 2019 mit großem Erfolg in Betrieb genommen und somit stand einem Redesign der XOno nichts mehr im Wege.

Die Schaltung sollte dabei aber nach wie vor so nahe wie möglich am originalen XOno Design angelehnt sein, allerdings mit ein paar sinnvollen Verbesserungen aus der Pass Labs XP-15 und meinen eigenen langjährigen Erfahrungen. Die folgenden Punkte habe ich mir in mein persönliches Pflichtenheft geschrieben:

  • Wahlweise Bestückung mit 2SK170 / LSK170 oder 2SK2145.
  • Referenzspannungsquelle anstelle der simplen LED für die Stromquellen des RIAA Verstärkers.
  • Moderneres Design des Inverters (XP-15).
  • Wahlweise Bestückung mit DIP-Schaltern oder Relais.
  • Wahlweise AC- oder DC-Kopplung an den Ausgängen der RIAA Stufe und des Inverters.
  • DC Versorgungsspannungseingang mit CLC Filter.
  • Diskrete Spannungsreglung mit modifiziertem Jung Regler.
  • Aufsatzplatine mit zusätzlichen Entzerrungskennlinien (Columbia, Decca, EMI & Teldec)
  • Microcontroller Leiterplatte für den Relaisbetrieb.
  • Überwiegende Verwendung von bedrahteten Bauteilen.

Beschreibung der XOno Hardware

11.08.2020

Das Ziel des Designs war es eine XOno mit erhältlichen Bauteilen zu entwickeln. Deshalb kann man die im Original verwendeten 2SK170 (Goldstaub) wahlweise durch aktuell erhältliche 2SK2145 ersetzen. Beim 2SK2145 handelt es sich allerdings um ein Doppel-JFET im 5 poligen SOT Gehäuse. Das Design dieser Phono Vorstufe hält sich weitestgehend am Original, mit einigen sinnvollen Veränderungen und Verbesserungen aus dem XP-15 Design und meinen eigenen langjährigen Erfahrungen.

MC Eingangsstufe

Die Schaltungstopologie der MC Stufe entspricht der XOno, lediglich die Einstellung der Verstärkung habe ich an den Ausgang dieser Stufe verlegt – wie im XP-15 Design. Dieses erschien mir sinnvoller als der direkte Eingriff in den Verstärkungsfaktor wie im Original. Beide Stufen des MC Vorvorverstärkers basieren auf den oben genannten JFET’s. Man kann die Stufe mit fünf 2SK170 oder aber mit entsprechend vielen 2SK2145 aufbauen. Das ergibt beim Einsatz der Doppel-JFET’s eine deutliche Reduzierung des Rauschens durch die doppelte Anzahl an parallel geschalteten Transistoren. Allerdings müssen die Arbeitspunkte an die unterschiedliche Anzahl angepasst werden – andere Widerstandswerte.

4× 2SK2145GR im Eingang der MC Stufe

4× 2SK2145GR im Eingang der MC Stufe

Am Eingang der MC Stufe gibt es 8 schaltbare Widerstände zur Anpassung an den verwendeten Tonabnehmer. In der originalen XOno werden diese Widerstände durch einen DIP-Schalter auf der Leiterplatte geschaltet. Das kann man selbstverständlich auch mit dieser Leiterplatte so machen. Für diejenigen die es komfortabler haben möchten, können aber auch Relais auf die Leiterplatte gelötet werden. In Verbindung mit dem optionalen Microcontroller Board lassen sich dann die Widerstände per Display und Drehwinkelgeber auswählen.

Auch die 3 Verstärkungsfaktoren der MC Stufe werden entweder an einem DIP-Schalter auf der Leiterplatte oder mit Relais per Mircocontroller eingestellt.

MM Phono Verstärker

In dieser Stufe kann man für den Eingangs-Differenzverstärker wahlweise 2SK170BL oder 2SK2145BL einsetzen. Es müssen ansonsten keine Anpassungen an anderen Bauteilen vorgenommen werden. Zudem gibt es eine wesentliche Verbesserung bei der Referenzspannung der Stromquellen gegenüber der originalen XOno. Ich setze hier nicht mehr eine rote LED sondern eine TL431 Referenzspannungsdiode ein. Damit ist der Arbeitspunkt nicht mehr abhängig von der verwendeten Charge eines Bauteils. Der TL431 hat eine spezifizierte Ausgangsspannung von 2,5V in der hier verwendeten Schaltungstopologie. Ansonsten entspricht dieser Verstärker dem originalen XOno Design.

Es können 3 Kondensatoren am Eingang des MM Verstärkers geschaltet werden. Auch hier gilt das oben geschriebene: entweder man benutzt DIP-Schalter oder Relais in Verbindung mit dem optionalen Microcontroller-Board.

Inverter

Der Inverter sitzt am Ausgang der MM Stufe und ist dafür zuständig das invertierte Signal für ein symmetrisches Ausgangssignal zu erzeugen. Ich habe mich dazu entschlossen an dieser Stelle ein moderneres Design von Pass Labs zu nehmen – die IRFD9110 im Original werden extrem heiß. Der aktuelle Inverter verhält sich hier wesentlich angenehmer und ist klanglich mindestens auf gleicher Höhe.

Servo-Regler

In der originalen XOno sind der MM-Verstärker und der Inverter AC gekoppelt – es befinden sich 10μF Folienkondensatoren am Ausgang beider Stufen und am Eingang des Inverters. Man kann diese XOno auch so aufbauen und sich damit an das Original halten, der entsprechende Platz für die großen Folienkondensatoren ist vorhanden.

Es gibt allerdings auch die Möglichkeit auf diese Koppelkondensatoren zu verzichten wenn man die beiden Servo-Regler bestückt. Damit werden die Ausgänge der Stufen elektronisch gleichspannungsfrei gehalten. Dieses Schaltungskonzept habe ich zum ersten Mal mit sehr großem Erfolg in meiner DPV1 eingesetzt.

Der Spannungsregler

Im Original bekommt die XOno Leiterplatte seine DC-Spannungen vom externen Netzteil das in einem separatem Gehäuse untergebracht ist. Auch in meinen Design’s war und ist eine solche Aufteilung vorgesehen (siehe unten). Die ungeregelten Gleichspannungen werden auf dem Board der XOno auf die benötigten Betriebsspannungen gebracht. Pass Labs verwendete hochgesetzte 15V Spannungsregler (7815 & 7915) um die ±30V Betriebsspannung zu regeln. In meiner alten XOno habe ich an dieser Stelle variable Spannungsregler (LM317 & LM337) eingesetzt.

In dem jetzigen Design verwende ich modifizierte Jung-Regler. Ich habe sie zum ersten Mal in meinem DHA eingesetzt und bin begeistert von der audiophilen und regelungstechnischen Performance dieser Regler. Zudem verwende ich auf der Leiterplatte vor diesen Reglern eine CLC Filterung mit einer stromkompensierten Doppeldrosseln und einer Gesamtkapazität von 60000μF.

Das EQ Board

Ältere interessante Klassik Aufnahmen klingen über eine moderne Phono Vorstufe oft nicht besonders gut. Das liegt nicht an der Qualität der Vorverstärker, sondern einzig und allein an der falschen Entzerrerkennlinie. Aufnahmen aus den 1960er Jahren oder älter sind nun mal oft nicht mit einer RIAA Kurve geschnitten worden (z.B. Deutsche Grammophon).

In der Phase der Entwicklung dieser XOno wurde der Wunsch nach zusätzlichen Entzerrerkennlinien an mich herangetragen. Da sich aber nun mal nicht jeder dafür interessiert, mich eingeschlossen, habe ich den Weg über ein optionales Aufsatzboard gewählt. Mit diesem Board wird die XOno um 4 zusätzliche Kennlinien erweitert (Columbia, Decca, EMI & Teldec). Damit sollte es möglich sein den größten Teil dieser Aufnahmen korrekt zu entzerren.

Das EQ Board

Das EQ Board

Auf dem Photo oben sieht man das EQ Board für einen Kanal. Die benötigten Widerstände sind auf der Unterseite des Boards platziert (SMD 1206). Die Kondensatoren sind alle vermessen um eine möglichst exakte Wiedergabekurve zu erzielen.

Photo’s aufgebauter XOno’s

Im Bild unten ist eine fertig aufgebaute XOno zu sehen. Hier ist es die Variante mit der Kondensatorkopplung, ohne Relais und EQ Board – also letztendlich der klassische XOno Aufbau. Als Koppelkondensatoren habe ich Typen von Aeon eingesetzt, die hatte ich noch vorrätig. Vergleichbare Typen sind seinerzeit auch in der XOno verbaut worden.

RStAudio XOno 2019 mit 2SK2145 und AC Kopplung, ohne Relais und EQ Board

RStAudio XOno 2019 mit 2SK2145 und AC Kopplung, ohne Relais und EQ Board

Im nächsten Bild ist die Version mit 2SK2145, Servo-Regler und Relais, aber ohne EQ Board, zu sehen.

RStAudio XOno 2019 mit 2SK2145, DC Kopplung und Relais, ohne EQ Board

RStAudio XOno 2019 mit 2SK2145, DC Kopplung und Relais, ohne EQ Board

Microcontroller Board

21.07.2020

Wie oben schon geschrieben, gibt es als Option ein Microcontroller Board mit Hilfe dessen die Relais auf dem XOno Board geschaltet werden können. Für die Bedienung steht ein Display mit 2 Zeilen und 20 Spalten, sowie ein Drehwinkelgeber zur Verfügung.

RStAudio XOno 2019 Controller Rev. 1, Bauteilseite

RStAudio XOno 2019 Controller Rev. 1, Bauteilseite

Ich verwende ein OLED Display von Electronic Assembly. Es können 2 Typen auf dem Board verbaut werden, das EA W202 XLG mit 5,5mm hohen Buchstaben und das EA W202 XDLG mit 9,66mm hohen Buchstaben. Ich bevorzuge das größere Display, man kann es prima auch aus etwas größerer Entfernung ablesen. Es ist aber auch deutlich teurer.

RStAudio XOno 2019 Controller Rev. 1, Lötseite mit aufgestecktem Display

RStAudio XOno 2019 Controller Rev. 1, Lötseite mit aufgestecktem Display

Auf dem Board kommt eine AT89C51ED2 von Microchip (ehemals Atmel) zum Einsatz. Natürlich liefere ich ein Controller Board zusammen mit einem programmierten Microcontroller. Allerdings ist auch ein Stecker vorhanden an den man eine Programmierschnittstelle anschließen kann. Wer sich also seine eigene Software für die XOno schreiben möchte, hat darüber natürlich auch die Möglichkeit dazu. Ich setze nur freie Software ein – SDCC und Flip.

RStAudio XOno 2019 Controller ISP Adapter

RStAudio XOno 2019 Controller ISP Adapter

Das Controller Board hat einen IR-Empfänger verbaut. Die komplette Bedienung der XOno kann damit auch über eine Fernbedienung erfolgen.

Netzteil

25.03.2020

Ein Audio Vorverstärker, und natürlich insbesondere ein Phono-Vorverstärker, hängt in ganz besonderer Weise auch von der Qualität des verwendeten Netzteiles ab. Über die Jahre habe ich auf dem Gebiet viel Erfahrung gesammelt und meine Schaltungen sind immer komplexer, aber auch immer besser, geworden. Die RStAudio XOno 2019 hat ein Netzteil bekommen bei dem ich alle meine Erkenntnisse zu dem Zeitpunkt der Entwicklung implementiert habe. Über den letzten Teil des Netzteils, der sich auf der XOno Leiterplatte selbst befindet, habe ich oben schon berichtet. An dieser Stelle geht es um die Erzeugung der ungeregelten Gleichspannungen.

230V/AC DC Filter

In der heutigen Zeit gibt es immer mehr Störungen auf dem 230V/AC Netz. Es ist deshalb unabdingbar das diese Störungen sich nicht auf die Gleichspannungsversorgung der Audio Schaltungen auswirken. Als erste Abwehrmaßnahme haben alle meine Netzteile eine Netzbuchse mit integriertem Filter der Firma Schurter verbaut. Es schließt sich ein weiterer Filter mit Wima X2 und Y2 Kondensatoren an, gefolgt von einem DC-Filter. Dieser Filter sorgt dafür das eventuelle Gleichspannungsanteile in der 230V/AC Versorgung den Trafo nicht in die Sättigung treiben. Es ist genügend Platz für größere Elko-Werte vorhanden – es gilt ja die Faustformel pro 100VA braucht der DC-Filter 10000μF.

Auf dem folgenden Bild ist diese Schaltung mit den beiden Filtern zu sehen. Die Leiterplatte wird zwischen Netzbuchse und Primärwicklung des Trafo’s geschaltet.

230V/AC DC Filter des Netzteils, Rev. 0

230V/AC DC Filter des Netzteils, Rev. 0

Ungeregeltes Netzteil für die Audio Schaltungen

Mit Hilfe dieser Leiterplatte wird die ungeregelte symmetrische Gleichspannung für einen Audio Kanal erzeugt. Wie man auf dem Photo unten sehr schön sehen kann ist es nicht nur die übliche Schaltung bestehend aus Gleichrichter und Ladeelko’s.

Mit dem Eingang – auf dem Photo unten links – werden zwei Sekundärwindungen des Trafo’s verbunden. Daran direkt anschließend findet man zwei Snubber Netzwerke die die Schwingneigungen des Schwingkreises von Induktivität des Trafo’s und Sperrschichtkapazitäten der Dioden stark bedämpfen. Es schließt sich der Brückengleichrichter mit diskreten Ultra-Fast Soft-Recovery Dioden an. Der nächste Schaltungsteil besteht dann aus der CLC Filterung mit 4× 10000μF Kondensatoren und einer stromkompensierten Doppeldrossel. Es schließt sich ein Kapazitätsmultiplizierer an, der jegliche Reste von Wechselspannungsanteilen (Rippel) aus der Gleichspannung entfernt. Die Masse wird über ein Dioden-Widerstands-Netzwerk an Erde angeschlossen. Am Ausgang steht eine extrem gute, aber noch nicht geregelte, Gleichspannung zur Verfügung.

Die Ausgangsspannung ist natürlich abhängig vom Übersetzungsverhältnis des Trafo’s und der aktuell an der Steckdose zur Verfügung stehenden Wechselspannung (230V/AC ±10%).

Ein Kanal des analogen ungeregelten Netzteils

Ein Kanal des analogen ungeregelten Netzteils

Ungeregeltes Netzteil für die digitalen Schaltungen

Das Netzteil für die digitalen Schaltungsteile, also letztendlich für den Controller, ist eher bescheiden ausgeführt. Auch hier findet sich ein Snubber Netzwerk und eine Masse-Erd Verbindung, aber ansonsten gibt es nur ein klassisch ungeregeltes Netzteil bestehend aus Gleichrichter und Ladeelko. Auch wenn der Elko hier sehr groß gewählt wurde. Für den Controller, der keine direkte Verbindung zu den Audio Schaltungen hat, ist dieses Netzteil mehr als ausreichend.

Ungeregeltes Netzteil des Controllers

Ungeregeltes Netzteil des Controllers

Einbau in ein Gehäuse

27.08.2020

Wie eigentlich immer habe ich die Gehäuse in Italien gekauft. Das sehr gelungene Frontplatten Design kommt von meinem Freund Guido.

XOno 2019 Audio Gehäuse

XOno 2019 Audio Gehäuse

Auf dem Photo oben sieht man die Audio Front mit Controller. Schön zu erkennen ist mittig das Display und darunter die LED zur Betriebsspannungsanzeige. Auf der rechten Seite ist der Drehwinkelgeber positioniert und links sieht man den IR Empfänger. Die Power LED ist sinnvoll da sich das Display im Betrieb dunkel schalten lässt.

XOno 2019 Audio Gehäuse

XOno 2019 Audio Gehäuse

Im Bild oben sieht man das geöffnete XOno 2019 Audio Gehäuse. Es ist komplett ausgestattet, also mit Relais, Controller und EQ Boards. Als JFET’s sind die 2SK2145 verbaut. Zudem handelt es sich hier um die Version mit der DC-Kopplung, also mit Servo-Reglern.

XOno 2019 Power Supply

XOno 2019 Power Supply

Die Front des Netzteils ist sehr schlicht gehalten. Da die XOno 2019 für Dauerbetrieb vorgesehen ist, befindet sich der Netzschalter auf der Rückseite. Lediglich eine LED für die Betriebsspannungsanzeige ist auf der Frontplatte zu sehen.

Blick auf die Elektronik des XOno 2019 Power Supply

Blick auf die Elektronik des XOno 2019 Power Supply

Auf dem Bild oben sind die elektronischen Komponenten für das Netzteil sehr schön zu erkennen. Links hinten sieht man die Netzbuchse mit Schalter, Sicherungen und Filter. Davor angeordnet ist der DC-Filter und direkt hinter der Front sitzt der Ringkerntransformator. Ich habe einen einzelnen Trafo mit getrennten Wicklungen für den linken und rechten Kanal gewählt.

Auf der rechten Seite sind die Platinen zur Erzeugung der ungeregelten Betriebsspannungen untergebracht. Ganz außen die beiden Audio Netzteile und mehr mittig das einfache Netzteil für die digitale Elektronik.

Sehr schön zu sehen ist der zentrale Erdungspunkt. Alle Erdungsleitungen werden direkt an diesen Punkt verdrahtet. Zudem ist auch sehr gut zu erkennen wie ich bei der Verkabelung eine Trennung der einzelnen Signalgruppen (230V/AC, sekundäre AC und DC) durch den Einbau erreicht habe.

XOno 2019, Ansicht von hinten

XOno 2019, Ansicht von hinten

Eine sehr schöne und detaillierte Aufbaubeschreibung kann man sich auf den Seiten von Meinolf Stute anschauen. Sein Projektfortschritt hat er mit jeder Menge phantastischer Photo’s dokumentiert. Man bekommt einen sehr guten Eindruck von dem Projekt. Seine XOno 2019 hat übrigens die Vollausstattung.

Weitere Bilder findet man in der Photo Sammlung aufgebauter XOno’s, die mir von den Nachbauern freundlicherweise zur Verfügung gestellt worden sind.

Audiophile Bewertung

Ralph Stens (22.07.2020)

Ich höre nun schon eine längere Zeit mit dem Prototypen Musik. Erst in der Version mit 2SK2145 und Kondensatorkopplung, anschließend mit Servo-Reglern. Die XOno mit den 2SK2145 ist äußerst rauscharm, so wie ich es mit dem Probeaufbau der MC-Stufe für meine DPV1 schon erlebt hatte. Ansonsten ist die Version mit Kondensatorkopplung eine normale XOno, und das meine ich durchaus sehr anerkennend! Allerdings gewinnt diese Phono Vorstufe noch einmal deutlich bei der Verwendung der Servo-Regler. Für mich ist diese Version die beste XOno die ich jemals gehört habe.

Meine Empfehlung lautet also:

XOno mit 2SK2145 und Servo-Reglern

Weitere Bewertungen über die XOno 2019 kann man sich hier anschauen.

FAQ

15.09.2020

Für Käufer der Leiterplatten der RStAudio XOno 2019 gibt es eine geschützte FAQ Seite. Den Zugangscode bekommt man von mir zugeschickt.

Leiterplatten

26.08.2020

Ich stelle den kompletten Satz der Leiterplatten dieses Projektes für Selbstbauer zur Verfügung. Nach einer E-Mail Anfrage übersende ich eine detaillierte Liste mit allen Informationen.

Oberseite der RStAudio XOno 2019 Leiterplatte

Oberseite der RStAudio XOno 2019 Leiterplatte

Wer die Informationen über die Leiterplatten haben möchte, kann das folgende Kontaktformular verwenden.

Bitte achtet auf die korrekte Angabe der E-Mail Adresse. Ansonsten sind Antworten auf die Anfrage einfach nicht zustellbar. Ihr könnt davon ausgehen das ich auf jede Anfrage antworte.

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