Inhaltsverzeichnis
Einleitung
17. Juli 2007
Im Jahr 2006 lernte ich durch einen Zufall einen anderen sehr engagierten DIYer per E-Mail kennen. Nach intensivem Informationsaustausch stellte er mir die Service-Unterlagen des Pass Labs X0 Vorverstärkers zur Verfügung. Ursprünglich war ich nur neugierig, wie die Lautstärkeeinstellung mit Bipolartransistoren in dieser Serie der Vorverstärker von Pass Labs funktioniert. Nach dem Studium der Schaltpläne war ich natürlich nicht mehr zu halten und habe mit dem Konzept meines nächsten Vorverstärkers (VV4) rund um den Nachbau des X0 begonnen. Dabei wollte ich einige Elemente aus meinem Aleph P Vorverstärker übernehmen und ebenso den Pass Labs XOno Nachbau einbeziehen. Herausgekommen ist ein Konzept, das sich über vier Gehäuse erstreckt.
- Audio Unit
- Pass Labs X0 Vorverstärker mit einer elektronischen Volumen Einstellung
- 5 Eingänge und ein Tape Schleife per Relais geschaltet
- Muting Relais am Ausgang
- Regelung der Betriebsspannungen
- Stand By Betrieb
- aufsteckbare digitale Steuerplatine
- digitale Anbindung des Control Moduls mittels I²C-Bus
- ungeregelte DC Betriebsspannungsversorgung aus der Control Unit
- Phono Unit
- Pass XOno Phono MC/MM Vorvorverstärker (Nachbau)
- ungeregelte DC Betriebsspannungsversorgung aus der Control Unit
- Control Unit
- Bedienung des Vorverstärkers per μC / Konzept des VV3
- digitale Anbindung des Audio Moduls mittels I²C-Bus
- ungeregelte DC Betriebsspannungsversorgung der Audio und Phono Unit
- Power Unit
- Transformatoren zur Betriebsspannungsversorgung des VV4
- DC Filter für die 230V/AC Versorgung
- Netzfilter zur Unterdrückung von hochfrequenten Störungen
- Erkennung der korrekten Netzphase per LED
Am 19. April 2008 hat der VV4 den Platz des VV3/Aleph P Nachbaus eingenommen.
Audio Unit
10. April 2008
An dieser Stelle möchte ich mich ganz besonders bei Herrn S. vom H+S Leiterplatten Service bedanken.
Ohne ihn hätte ich zu diesem Zeitpunkt nicht gewusst, wie ich eine so große Platine hätte fertigen lassen sollen.
Der Kern dieser Audio Unit ist der Nachbau des X0 Vorverstärkers von Pass Labs.
Alle FETs und MOSFETs sind gematcht. Die Schaltung der Eingangswahl habe ich aus meinem VV3 übernommen. Für die Regelung der Audiobetriebsspannungen habe ich, ebenso wie in der XOno, anstelle der hochgesetzten 7815/7915-Regler eine Kombination aus LM317/LM337 benutzt. Der größte Teil der Elkos sind Panasonic FC. In der Audioschaltung setze ich nichtmagnetische Widerstände von Dale ein, die leider eine größere Bauform haben als geplant.
Meiner Meinung nach ist ein großer Nachteil aller gemischten analogen/digitalen Schaltungen von NP die direkte Anbindung des μC-Systems an die Audio-Elektronik, auch wenn sich dies offensichtlich nicht negativ auswirkt (siehe die sehr positiven Testberichte). Da im X0-Design die Lautstärke über eine Reihe von Bipolartransistoren geschaltet wird und dies direkt aus der digitalen Ansteuerung geschieht, ergibt sich zwangsläufig eine Verbindung der analogen und digitalen Masse.
In meinem Design werden alle Steuersignale per I²C-Bus übertragen. Dadurch habe ich die Möglichkeit, den Bus potenzialfrei vor der Audioschaltung an die Steuerelektronik der Volume-Bipolartransistoren zu übertragen. Somit wird eine Verbindung zwischen der digitalen und analogen Masse vermieden. Ein weiterer Vorteil des I²C-Busses ist, dass seine beiden Signale (SDA und SCL) statisch sind, solange nichts übertragen wird (es gibt kein kontinuierliches Taktsignal). Es entstehen also nur Schaltflanken beim Schalten (Volume, Relais), was meiner Meinung nach zu verschmerzen wäre.
Wie ich die Potenzialtrennung zum Mikrocontroller hin durchgeführt habe, ist anhand des Schaltplanes sehr deutlich zu erkennen. Über PF1 gelangen die I²C-Bus-Signale und alle extern benötigten Spannungen auf das Treiberboard. Mit Hilfe von IC1 und IC2 werden die Relais auf dem X0-Board angesteuert. Hier ist keine explizite Potenzialtrennung erforderlich, da die Relais diese Funktion bereits erfüllen. IC4 koppelt den I²C-Bus potenzialfrei an die Elektronik des Vorverstärkers an. Mit IC3, IC5, IC6 und IC7 werden die Transistoren zur Lautstärkeregelung direkt angesteuert. Ihre Betriebsspannung erhalten diese ICs aus der analogen Betriebsspannung des X0-Boards. Solange nichts geschaltet wird, sind alle Steuersignale statisch, sodass keine Gefahr von Klangbeeinträchtigungen durch digitale Taktsignale besteht. Die VG-Leiste VG1 sorgt für eine elektrische und mechanische Ankopplung des digitalen I/O-Boards an das Vorverstärkerboard. Mithilfe der Jumper J1 und J2 wird die Adresse im I²C-Bus eingestellt, wodurch sich das Board für den linken oder rechten Kanal betreiben lässt.
Mit IC8 habe ich außerdem einen Chip zur Temperaturmessung aufgenommen. Dieser wird nur auf einem der beiden Boards bestückt, da es sonst zu einem Adressenkonflikt auf dem I²C-Bus käme. Er dient dazu, die Innentemperatur der Audio Unit jederzeit ermitteln zu können. Ich gehe davon aus, dass sich nach kurzer Zeit des Betriebs durch die Verlustleistungen der Kleinleistungs-MOSFETs eine stabile Innentemperatur in der Unit einstellt. Um eine Aussage über diese Temperatur zu erhalten, muss jedoch im geschlossenen Gehäuse gemessen werden. Dies ist mittels IC8 jederzeit im Normalbetrieb durch Aufruf eines Menüpunkts an der Control Unit möglich.
Abschließend folgen noch zwei Fotos der geöffneten Audio Unit. Darauf sind die beiden Aufsatzplatinen für die digitale Ansteuerung gut zu erkennen. Die Innenverdrahtung der Audiosignale habe ich erneut mit dem Van den Hul D101 durchgeführt.
Phono Unit
19. August 2007
Bei der Phono-Unit handelt es sich um meinen Pass Labs Xono Nachbau. Er ist in das gleiche Gehäuse eingebaut wie die Audio- und die Control-Unit und bildet deshalb mit beiden auch eine optische Einheit. Die ungeregelte Betriebsspannungsversorgung erhält die Phono Unit von der Control Unit.
Control Unit
15. März 2008
Die Control Unit besteht im Wesentlichen aus den folgenden Funktionsgruppen
- μC Board zur Ansteuerung und Bedienung des Vorverstärkers
- LC-Display und Drehwinkelgeber als User-Interface
- passive Betriebsspannungsversorgungen für die Phono und Audio Unit
Das μC-Board basiert auf dem des VV3. Die Software kann beide Vorverstärker steuern und unterscheidet sich nur in den Teilen, in denen auf unterschiedliche Hardware zugegriffen werden muss. Die Selektion des Vorverstärkers erfolgt über den Jumper J3.
- Schaltplan des Controllers
- Schaltplan der Encoder Eingänge
- Schaltplan der Betriebsspannung
Als µC setze ich wieder den altbewährten Atmel AT89C51RC2 (IC1) ein. Alle vom Benutzer eingegebenen Parameter werden im I²C-Bus-EEPROM (IC2) gespeichert. Die Encoder-Signale und die beiden normalerweise nicht benutzten Tasten werden über eine Entprellschaltung (RC-Tiefpass und Inverter) an den Mikrocontroller angeschlossen. Der Drehwinkelgeber für die Lautstärkeregelung löst auch hier wieder einen Interrupt bei steigender und fallender Flanke aus. Eine zu schnelle Änderung der Volumensignale wird durch IC9 verhindert, wodurch zu schnelles Drehen unterbunden wird. Mithilfe von Q2 und Q3 wird das Remoteausgangssignal zum Ein- und Ausschalten der Endstufen erzeugt.
Die Software basiert auf dem Code des VV3. Ich habe sie überarbeitet und Teile, die sich beim Betrieb des VV3 als nicht sinnvoll herausgestellt haben, entfernt. Das Bedienkonzept hat sich jedoch sehr bewährt – insbesondere die interruptgesteuerte Volume-Einstellung – und wurde vollständig übernommen.
Die passive Betriebsspannungsversorgung besteht aus der Gleichrichtung durch eine HFA08TB60-Diode (Ultrafast, Soft Recovery) und einer Kombination aus Elektrolytkondensatoren und Widerständen. Die gesamte Kapazität beider Kanäle beläuft sich dabei auf ca. 134.000μF. Die Spannungsversorgung ist selbstverständlich streng kanalgetrennt aufgebaut (Dual-Mono). Die Massen beider Kanäle werden auf diesem Board über 4,7Ω/5W Widerstände mit Erde verbunden.
- Schaltplan der passiven Betriebsspannungsversorgung
- Schaltplan der Kapazitäten pro Kanal
- Bestückung des Boards
Die nächsten drei Fotos zeigen die Control Unit nach der vollständigen Verdrahtung im noch offenen Gehäuse. Die beiden wunderschönen Bedienknöpfe sind in gewohnt exzellenter Qualität von Enrico V. (siehe VV3) gefertigt worden. Deshalb geht an dieser Stelle mein
herzlichster Dank an Enrico V.
für seine wunderbare Arbeit.
Deutlich erkennbar ist, dass die Entwicklung der Software noch nicht endgültig abgeschlossen war: Der Controller befand sich auf einem Textool-Sockel und die beiden lose herumliegenden Taster mit gelber Verdrahtung dienten mir während der Entwicklungsphase zum Debugging.
Power Unit
16. April 2008
In der Power Unit sind hauptsächlich die für den Vorverstärker benötigten Transformatoren untergebracht. In diesem Modul befindet sich die komplette 230V/AC Verdrahtung. Natürlich sind auch hier wieder eine DC-Filterung der AC-Spannung und eine Phasendetektion eingebaut (siehe „Tipps & Tricks”). Im Gegensatz zu den DC-Filtern im VV3 und in der Zen Endstufe habe ich die Kondensatoren hier so angeordnet, dass keine Verpolung stattfinden kann. Dies erkaufe ich mir allerdings mit einer erheblich größeren Anzahl an Bauteilen (acht Kondensatoren anstelle von zwei). Als Netzfilter habe ich diesmal einen sehr aufwendigen, zweistufigen 1A-Typ von Schaffer eingesetzt.
- Schaltplan des DC-Filters inkl. Trafo der Steuerung
