El CHIP DAC

Los DAC (conversores digital a analógico) están de moda.

En el fondo no son más que dispositivos destinados a convertir una señal digital compuesta por unos y ceros, o valores altos y valores bajos, on-off, en una señal analógica cuya amplitud varía en el tiempo de forma continua. En lo que a nosotros nos atañe, estas señales suelen representar vídeo y audio.

Función básica de un DAC

La digitalización de los medios audiovisuales ha hecho que el DAC sea un elemento fundamental en el sistema audiovisual, ya que es el gran responsable final de la imagen y el sonido. No hay dispositivo de audio o video digital, tableta, ordenador o smartphone que no tenga un DAC en su interior.

Además, en el mundo del audio, se han popularizado los componentes de la cadena musical con la denominación DAC, que no son sino una forma de envolver y dotar de manejabilidad y funcionalidad a lo que realmente es un DAC: un chip especializado en la conversión digital a analógico.

En ON OFF somos curiosos, y hemos querido indagar en cómo es un chip DAC, y cómo funciona, imaginándonos que somos ingenieros y tenemos que diseñar un sistema con uno de estos chips.

Nos hemos fijado en el chip de ESS denominado ES9026PRO, que pasa por ser uno de los mejores que se pueden encontrar en la actualidad. En su hoja de especificaciones indica que es un DAC de audio de 8 canales, de altas prestaciones y de 32 bits, diseñado para entornos audiófilos y de estudio, como reproductores SACD, Blu-ray, preamplificadores digitales, receptores AV, consolas de estudio y estaciones de trabajo de audio digital.

Cuadro 1

En el cuadro 1 vemos el diagrama de bloques de sus aplicaciones típicas. En este diagrama vemos que el chip está precedido por un procesador de audio. Este procesador es el que se encarga de decodificar las señales de audio desde cualquiera de los múltiples formatos que pueden presentar, por ejemplo, Dolby Atmos, SACD, MQA, FLAC. Estos formatos no son manejados directamente por el DAC, el DAC no decodifica. Si miramos la hoja de especificaciones, ésta indica que el ES9026PRO maneja señales PCM (modulación por codificación de impulsos), DSD256 vía DoP y DSD1024 nativos, con una resolución de hasta 32 bit y frecuencias de muestreo de hasta 768 kHz. Además, tiene una entrada de datos directa desde interfaces SPDIF.

El diagrama de bloques funcional es un esquema completo de todas las tareas que realiza el chip, indicando incluso las patillas, su dirección y cometido.

Eso significa que, cualquier formato de audio en cualquier códec, debe ser procesado y transformado en este tipo de señales antes de ingresar en el DAC. De ahí el nombre de “procesador” da audio, nada más lógico.

En este mismo cuadro también se indica las salidas analógicas que proporciona el chip DAC, 8 salidas que en este caso se relacionan con los canales típicos de un sistema multicanal 7.1. Esta es la aplicación más habitual y estándar, pero nada impide que el diseñador del equipo en el que se incluya el ES9026PRO destine estas salidas para otras funciones. También ofrece la posibilidad de remapear las salidas, de forma que se adapten al diseño de la placa base en la que se va a insertar el chip. El chip lo permite porque es programable, para esta y para muchas cosas más.

El cuadro 2 muestra como se relaciona cada una de las salidas en la sala de escucha con un sistema 7.1.

Cuadro 2

Con estas descripciones, ya sabemos cuáles son las funciones principales que realiza el ES9026PRO. Si queremos profundizar en sus características, solo tenemos que estudiar su hoja de especificaciones e ir mirándolas detenidamente. Algunas son complejas, solo para ingenieros, pero otras están al alcance del aficionado al audio curioso.

El método de resistencias ponderadas es el más clásico, pero no el único para convertir señales digitales en analógicas. Un chip DAC que utilice este método, debe implementar en su interior tantos circuitos como el mostrado como canales de entrada y salida maneje

Así, podemos ver que el chip tiene 48 patillas con encapsulado LQFP (encapsulado cuadrado plano de perfil bajo), ofrece un rango dinámico de 124 dB y procesa toda la señal en 32 bits, para evitar distorsiones. De estas patillas, 8 corresponden a los 8 canales de entrada, y otras tantas a los 8 canales de salida. Para conocer la función de cada patilla, la hoja de especificaciones contiene un listado con la descripción de todas ellas, con su número, su nombre, el tipo de pin, y la descripción de su función. El repertorio es funciones es muy amplio, incluyendo entrada y salida de datos, alimentación para diversos circuitos, señales de reloj, masa, etc.

Esquema del patillaje del ES9026PRO con indicación del nombre de cada uno de los pines

En realidad, el funcionamiento del chip es muy complejo, y solo se ha mencionado las funciones básicas comprensibles para la mayoría de los mortales. El resto es solo para ingenieros.

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