ЦАП ES9023: Подробный технический обзор популярного чипа ESS Technology

Введение и общая характеристика

Цифро-аналоговый преобразователь ES9023 от американской компании ESS Technology представляет собой один из наиболее популярных и доступных чипов семейства Sabre DAC 1 2 3. Этот 24-битный стерео ЦАП с интегрированным операционным усилителем способен обеспечить выходное напряжение до 2 В среднеквадратичного значения, что делает его привлекательным решением для широкого спектра аудиоприложений 1 3 4.

ES9023 позиционируется как «Premier Stereo DAC» и объединяет в себе технологию Sabre DAC с минимальными требованиями к внешним компонентам 1 2 3. Микросхема построена на базе запатентованной архитектуры HyperStream и включает систему устранения джиттера Time Domain Jitter Eliminator, что обеспечивает динамический диапазон до 112 дБ 1 2 3.

Технические характеристики и архитектура

Основные параметры

ES9023 характеризуется следующими ключевыми техническими параметрами 1 3 4:

Разрядность: 24 бита
Динамический диапазон: 112 дБ
Максимальное выходное напряжение: 2 В RMS при питании 3.6В, 1.9 В RMS при питании 3.3В
Корпус: 16-выводной SOP
Интерфейсы: I2S или left-justified
Встроенные функции: charge pump для отрицательного питания, подавление помех при включении/выключении

Архитектурные особенности

Одной из главных особенностей ES9023 является встроенный charge pump, который генерирует отрицательное напряжение питания 1 3 4. Это позволяет микросхеме работать от единственного источника питания AVCC и обеспечивать выход, привязанный к земле, без необходимости использования разделительных конденсаторов на выходе 1 3.

Архитектура HyperStream обеспечивает высокое качество цифро-аналогового преобразования с минимальными искажениями 1 2 3. Система Time Domain Jitter Eliminator делает микросхему невосприимчивой к джиттеру тактового сигнала, что критично для высококачественного воспроизведения звука 1 3.

Энергопотребление и тепловые характеристики

ES9023 отличается низким энергопотреблением, что делает его подходящим для портативных устройств 1 4. При работе микросхема потребляет минимальную мощность, а при переходе в режим Mute автоматически переключается в режим пониженного энергопотребления 1 5.

При активации пина MUTE_B выходной сигнал плавно снижается до нулевого уровня за время 25600/fs секунд, где fs — частота дискретизации в Гц 1 5. После достижения нулевого уровня аналоговая секция отключается, и ES9023 переходит в режим standby с низким энергопотреблением 1 5.

Схемотехника и сложность обвязки

Минимальная конфигурация

Одним из главных преимуществ ES9023 является простота реализации 6 7 8. Микросхема требует минимального количества внешних компонентов для полноценной работы 1 2 3. Базовая схема включения содержит:

Конденсаторы развязки по питанию
Резисторы для настройки выходного уровня (опционально)
Фильтрующие элементы на выходе

Особенности разводки печатной платы

При проектировании устройств на базе ES9023 важно учитывать разделение аналоговой и цифровой земли 8 9. Опытные разработчики рекомендуют использовать ферритовые бусины для развязки аналоговой и цифровой частей схемы 9.

Критично качество конденсаторов в аналоговой части — рекомендуется замена дешевых керамических конденсаторов Y5V на высококачественные NP0 или пленочные конденсаторы 9. Также важно установить качественные электролитические конденсаторы на выход charge pump (пин 11, -3В) 9.

Готовые продукты на базе ES9023

Коммерческие решения

На рынке представлено множество готовых устройств, использующих ES9023 10 6 11 12:

Audiophonics I-Sabre DAC ES9023 TCXO — популярное решение для Raspberry Pi с поддержкой высококачественного тактового генератора 10. Пользователи отмечают отличное качество звука и простоту интеграции с операционными системами для аудиофилов 10.

SMSL PS100 — многофункциональный ЦАП с поддержкой USB, SPDIF, HDMI ARC и Bluetooth 5.0 12. Устройство обеспечивает обработку сигналов до 24 бит/192 кГц 12.

HiFiMeDIY Sabre Tiny — компактное USB-устройство, разработанное энтузиастами DIY-сообщества для создания доступного, но качественного ЦАПа 13. Устройство ограничено частотой дискретизации 48 кГц/16 бит из-за использования USB-приемника PCM2706 13.

DIY-проекты

ES9023 чрезвычайно популярен среди самодельщиков благодаря простоте реализации 6 14 9. Многие проекты основаны на недорогих китайских платах, которые затем дорабатываются для улучшения качества звука 14 9.

Типичные модификации включают 9:

Замену дешевых конденсаторов на качественные
Установку стабилизаторов питания
Добавление активных фильтров нижних частот
Улучшение развязки питания

Качество звука и слепые тестирования

Субъективные оценки

ES9023 получает положительные отзывы от пользователей за качество звука, особенно с учетом низкой стоимости 6 11 15 14. Многие отмечают ровный тональный баланс, хорошую детализацию и отсутствие явных искажений 14.

Результаты слепых тестов

Данные слепых тестирований показывают интересные результаты относительно воспринимаемого качества ЦАПов 16 17 18. В одном из российских слепых тестов ES9023 показал себя достойно среди более дорогих решений 17. Устройство на базе ES9023 в балансном включении использовалось в ЦАПе Cary Audio DAC100, который участвовал в сравнительном тестировании 17.

Международные слепые тесты ЦАПов показывают, что различия между современными ЦАПами при правильной реализации минимальны 18. Участники тестов не смогли надежно различить 30-долларовый ЦАП Fiio и 3000-долларовый Forssell при согласовании уровней 18.

Проблемы с интермодуляционными искажениями

Одним из выявленных недостатков ES9023 являются высокие интермодуляционные искажения (IMD) при хороших показателях THD+N 16. Это может проявляться в прослушивании как ухудшение качества звука в сложных музыкальных пассажах 16.

Сравнение с конкурентами

ES9023 vs AK4493

При сравнении ES9023 с более современным AK4493 от AKM наблюдается следующая картина 11:

AK4493: Более высокие технические характеристики, лучше IMD
ES9023: Значительно дешевле, проще в реализации, достаточное качество для большинства применений

Пользователи отмечают, что для скромных настольных систем ES9023 вполне достаточен, и переход на AK4493 дает незначительное улучшение 11.

ES9023 vs ES9018/ES9038

В линейке ESS Technology ES9023 является начальным уровнем 15:

ES9018: Более детальный, но может звучать «ядовито» без правильной обвязки 15
ES9038 PRO: Топовое решение с отличными характеристиками, но значительно дороже 15
ES9023: Сбалансированное решение начального уровня 15

Сравнение с мультибитными ЦАПами

ES9023, как представитель дельта-сигма архитектуры, отличается от классических мультибитных ЦАПов 15. Мультибитные решения на базе PCM58, PCM63, PCM1704 могут предлагать более естественное звучание, но имеют худшие измеримые характеристики 15.

Помехозащищенность и jitter-устойчивость

Одним из ключевых преимуществ ES9023 является встроенная система Time Domain Jitter Eliminator 1 2 3. Эта технология делает микросхему практически невосприимчивой к джиттеру тактового сигнала, что критично при использовании недорогих источников 1 3.

Патентованная архитектура HyperStream обеспечивает дополнительную защиту от помех в цифровом тракте 1 2 3. Это особенно важно при интеграции в устройства с высоким уровнем цифровых помех 1.

Тем не менее, качество аналоговой части схемы остается критичным для достижения максимального качества звука 9. Правильная разводка печатной платы и качественные компоненты могут значительно улучшить помехозащищенность 9.

Ценовая политика и рыночное позиционирование

ES9023 позиционируется как решение начального уровня с отличным соотношением цена/качество 10 6 13. Стоимость самой микросхемы составляет несколько долларов, что делает ее доступной для массового производства 6 13.

Готовые модули на базе ES9023 доступны в ценовом диапазоне от 20 до 100 долларов, в зависимости от комплектации и качества реализации 10 6 13. Это делает их привлекательными как для начинающих аудиофилов, так и для использования в бюджетных коммерческих продуктах 13.

Китайские производители активно используют ES9023 в недорогих USB-ЦАПах и звуковых картах, что способствует его широкому распространению 6 14.

Области применения

Потребительская электроника

ES9023 широко используется в различных категориях потребительской электроники 1 2 3:

Blu-ray плееры и DVD-проигрыватели
Цифровые телевизоры и set-top box
Аудио ресиверы и звуковые панели
Настольные и портативные аудиосистемы

DIY и энтузиасты

Простота реализации делает ES9023 популярным выбором для самодельщиков 6 9:

USB-ЦАПы для компьютерного аудио
Модули для Raspberry Pi и других одноплатных компьютеров
Модернизация старого аудиооборудования
Образовательные проекты по цифровому аудио

Профессиональные применения

Несмотря на позиционирование как решение начального уровня, ES9023 находит применение в некоторых профессиональных областях 1:

Студийное оборудование начального уровня
Системы фонового озвучивания
Измерительное оборудование

Недостатки и ограничения

Технические ограничения

ES9023 имеет ряд ограничений, которые важно учитывать 16 15:

Высокие интермодуляционные искажения: Могут проявляться в сложных музыкальных пассажах 16
Ограниченный динамический диапазон: 112 дБ хорош для начального уровня, но уступает топовым решениям 1
Встроенный усилитель: Может быть источником дополнительных искажений в требовательных применениях 9

Зависимость от реализации

Качество звука ES9023 сильно зависит от качества схемотехнической реализации 9:

Дешевые китайские платы часто используют некачественные компоненты 9
Неправильная разводка может ухудшить помехозащищенность 8 9
Экономия на компонентах питания снижает общее качество 9

Морально устаревающий функционал

Несмотря на достойные характеристики, ES9023 начинает устаревать по сравнению с современными решениями:

Отсутствие поддержки высокочастотных форматов (DSD, высокие PCM)
Ограниченная гибкость настройки
Меньшая интеграция по сравнению с современными SoC-решениями

Для начинающих

ES9023 отлично подходит для первого знакомства с качественным цифро-аналоговым преобразованием 10 13:

Начните с готовых модулей от проверенных производителей
Обратите внимание на качество USB-транспорта в комплексных решениях
Используйте качественные соединительные кабели

Для DIY-проектов

При самостоятельной разработке устройств на ES9023 рекомендуется 9:

Изучить референсные схемы от ESS Technology
Использовать качественные компоненты в аналоговой части
Обеспечить правильное разделение цифровой и аналоговой земли
Предусмотреть качественную фильтрацию питания

Для коммерческих продуктов

При использовании ES9023 в коммерческих продуктах важно 1 2:

Обеспечить соответствие EMC-требованиям
Правильно реализовать pop-noise suppression
Предусмотреть возможность обновления firmware для управляющего микроконтроллера
Учесть тепловой режим в компактных корпусах

Будущие тенденции и альтернативы

Развитие технологий ЦАП

Рынок ЦАПов продолжает развиваться в направлении более высокой интеграции и улучшенных характеристик. Современные SoC-решения объединяют ЦАП, усилители, DSP и интерфейсы в одном чипе, что может постепенно вытеснить отдельные ЦАПы как ES9023 из некоторых применений.

Альтернативные решения

Для пользователей, рассматривающих альтернативы ES9023, стоит обратить внимание на:

AK4490/AK4493 от AKM: Лучшие технические характеристики при умеренном увеличении стоимости
CS4398 от Cirrus Logic: Проверенное временем решение с хорошей репутацией 8
ES9038Q2M: Более современное решение от ESS Technology для требовательных применений

Заключение

ES9023 остается актуальным решением для широкого спектра применений благодаря удачному сочетанию качества, простоты реализации и доступной стоимости 1 2 15. Несмотря на некоторые технические ограничения, микросхема обеспечивает качество звука, достаточное для большинства потребительских и многих профессиональных применений 10 11 14.

Ключ к успешному использованию ES9023 лежит в правильной схемотехнической реализации и использовании качественных компонентов 9. При соблюдении этих условий чип способен обеспечить звучание, конкурентоспособное с более дорогими решениями 17 18.

Для начинающих аудиофилов и разработчиков ES9023 представляет отличную возможность познакомиться с технологиями высококачественного цифро-аналогового преобразования без значительных финансовых вложений 10 13. Простота использования и обширная документация делают его идеальным выбором для образовательных и экспериментальных проектов 6 8.

В то же время, важно понимать ограничения чипа и не ожидать от него характеристик топовых решений 16 15. ES9023 — это надежный и проверенный временем инструмент, который при правильном применении способен обеспечить высокое качество звуковоспроизведения в своем ценовом сегменте 1 2 3.