MIDIbox Hardware Platform, Module

AOUT LC

Le module MBHP_AOUT_LC (Low Cost) a pour vocation d'offrir une interface de sorties analogiques réalisable avec des composants faciles à se procurer, dans quelque pays que ce soit. Je me suis lancé dans ce projet aprés une discussion avec Karl Dalen, sur la difficulté de trouver des projets DIY de DACs reposants sur une interface série. Il me proposa ces circuits, et j'ai opté pour la solution basée sur des composants "discrets", car c'était la plus simple à mettre en oeuvre. Puisqu'il s'est avéré que nous n'étions pas les seuls à trouver un intérêt à un tel circuit, voici donc le PCB "prêt à l'emploi" pour la MIDIbox Hardware Platform !

Préambule du Traducteur : vous trouverez ici à plusieurs reprise la notion de circuits ou de composants "DISCRETS", afin d'éviter toute confusion, voici la définition exacte: Composant discret = Composant électronique élémentaire (exemple : diode, transistor, résistance, etc.)", Circuit discret = Circuit constitué de composants élémentaires.

A la différence du module MBHP_AOUT , ce projet ne nécessite aucun circuit intégré DAC particulier (cher et difficile à trouver), remplacé ici par un réseau de résistances "discret" de type R-2R en échelle (ladder). Le montage de ce circuit, comparativement à d'autres conceptions, nécessite beaucoup plus de soudures (et donc de temps), mais la MBHP a pour vocation d'offrir une plateforme "Do-It-Yourself", nous laisserons donc cette critique au monde auquel elle appartient, celui des projets commerciaux ;) . Malgrés tout, il est toujours possible de remplacer le réseau de résistances par un DAC disposant d'une interface parallèle (voir les schémas de Karl), tout en concervant l'avantage de cette conception, c'est à dire la possibilité d'accéder aux DACs via une "chaîne série" (-> moins de pins sur l'uC sont alloués), et le pilote de la partie logicielle n'a pas besoin d'être adapté à une interface propriétaire.

En ce qui concerne la qualité des sorties de ce "DAC discret", il est important de noter que celle-ci dépend directement de la qualité des résistances choisies. Leur tolérance doit être de 1% ou moins (résistances à films métal) et d'une stabilité supérieure vis à vis de la température (sans aller jusqu'à choisir des résistances de type Tempco, comme celle requises pour certains filtres ou oscillateurs audio, elles vous couteraient plus chères que les chips du modules AOUT classique, et sont aussi dures à trouver!). Le meilleur moyen afin d'obtenir un résultat optimal, c'est tout simplement de commander un lot de 100 pièces (par exemple chez Conrad: lot de 100 * résistances film métal 10k : 1.33 EUR, numéro de commande #408280), et de les tester afin de sélectionner celles dont les valeurs sont les plus proches les unes des autres pour le réseau "ladder".

Un autre problême typique des DACs "pas cher" (pas seulement pour ce circuit, mais aussi pour les DACs en circuit intégrés), c'est qu'ils génèrent un "bruit parasite" à chaque fois qu'un nouveau voltage est sélectionné. L'intensité de ce bruit dépend des bits qui sont basculés lors de la sélection d'un nouveau voltage - donc plus les bits "basculés" ont une position importante dans le mot, d'autant augmente l'intensité de ce bruit parasite. Bien que cette pertubation soit clairement visible sur mon oscilloscope, je n'ai encore noté aucun effet audible ni avec un filtre Moog "discret" ni avec un filtre à base de CEM3378 (IC). Les test avec des VCOs Korg MS-20 ont eux aussi été concluants, ces derniers se sont trés bien comportés, pilotés par ce circuit. Cette mise en garde s'adresse donc surtout à ceux qui souhaite un résultat parfait! Ce bruit parasite peut être complètement éliminé en ajoutant un circuit S&H (Sample & Hold) derrière le DAC. En utilisant un NJU7304 , il est possible également d'augmenter le nombre de canaux disponibles - mais cette solution requiert de nouveau un IC spécial ou d'ajouter un autre circuit avec un trop grand nombre de composants discrets - on va vers le désastre! :-/

Pour ceux que cette présentation n'a pas totalement découragé, voici deux exemples audio représentatifs des résultats que l'on peut espérer obtenir avec un module AOUT_LC connecté entre une MIDIbox SID et un filtre CEM3378: Forum Posting #1, Forum Posting #2.

Téléchargements

les modèles de PCB peuvent être ouverts, modifiés et convertis avec Eagle Light
Module	Schéma	Layout	Aperçu
MBHP_AOUT_LC_V1	mbhp_aout_lc.pdf	mbhp_aout_lc_v1.brd	mbhp_aout_lc_v1.gif

Informations Complémentaires
Fichiers	Taille	Description
mbhp_aout_lc_orderlist.txt	1k	Liste de commande chez Reichelt
bipolar_12v_psu	Wiki	Wiki article about bipolar PSUs (required to get a +/- 12V voltage)

Résolution

Afin d'offrir une plus grande flexibilité, le PCB du module MBHP_AOUT_LC permet de sélectionner deux couples de résolutions différentes. Le premier canal peut aussi bien être contrôler avec une résolution de 12bit ou de 8bit, le second canal avec une résolution de 4bit ou 8bit :

L'option 12/4 bit est utilisée avec la MIDIbox SID (l'ouverture du filtre est piloté sur 12bit, la résonnance sur seulement 4bit).
Dans le firmware de la MIDIbox CV il est possible de sélectionner la résolution. 8/8bit est tout à fait suffisant lorsqu'il s'agit de piloter des entrées CV de type V/Oct via des messages de Note ou d'évènements de type CC. 12/4bit est à préférer lorsque le canal #1 est connecté sur une entrée CV de type Hz/V, ou si vous souhaiter générer des évènements d'une plus haute résolution (NRPNs, PitchWheel).

Connections

Les projets suivant prennent en charge le module MBHP_AOUT_LC - notez que les connections sur le module CORE diffèrent d'un projet sur l'autre:

Schémas	AOUT_LC:J1:SO	AOUT_LC:J1:SC	AOUT_LC:J1:RC
MIDIbox CV	CORE:J10:RC (RC4)	CORE:J10:MD (RD5)	CORE:J10:SO (RC5)
MIDIbox FM	CORE:J6:SC (RC1)	CORE:J6:RC (RC0)	CORE:J6:SI (RC3)
MIDIbox SID (*)	CORE:J6:SC (RC1)	CORE:J6:RC (RC0)	CORE:J6:SI (RC3)

(*) MIDIbox SID V1.7303 et supérieur!

Guide de Soudage

	Commencez par souder les 7 ponts qui vous évitent d'avoir à réaliser un PCB à deux couches. Utilisez pour cela le reste des pattes de vos résistances et condensateurs que vous avez déjà montés, et attendez d'avoir fini tous vos modules avant de les jeter! :-)
	Montez tous les composants à l'exception des ICs et vérifiez les tensions d'alimentation (voir le schéma)
	Ajouter le câble entre les pin #9 de l' IC2 et le pin J2, au dos du PCB. Notez que ce câble n'est requis que lorsque plusieurs modules MBHP_AOUT_LC sont chaînés.)
	Montez les jumpers et le câble nécessaires pour sélectionner la résolution sur le connecteur J3.
	Installez les ICs et vérifiez de nouveaux les tensions d'alimentation. Vous pouvez maintenant connecter le module à votre MIDIbox - Les connections dépendent de votre application, voir plus haut.

Calibration

Chaque canal dispose de "trimmers" indépendants pour le gain et l'offset qui vous permettront d'ajuster le champ des tensions de sorties.

MIDIbox CV : suivez simplement les instructions disponibles à la page MIDIbox CV.

MIDIbox SID : ouvrez le fichier "main.asm" de l'application et paramétrez l'option "ENABLE_AOUT" sur 2. Recompilez ensuite le projet et uploadez le nouveau fichier .hex vers votre module CORE. Vous pouvez desormais piloter le canal #1 avec le knob "Filter", et le canal #2 avec le knob "resonance". Si vous n'avez pas construit la Surface de Contrôle, envoyez simplement des messages CC#46 (CutOff) et CC#47 (Resonance) à votre MIDIbox.
Et ça devient vraiment fun quand la sortie CV vers un filtre externe est modulée par les envellopes et les LFOs! :-)

Last update: 2015-09-24