Entrées/Sorties numériques pour la Sound Blaster® Live! Value

cartes

 

Les cartes-son pour PC les plus populaires du moment sont indiscutablement la Sound Blaster Live! et sa petite soeur, plus
abordable, la Live! Value.

La différence majeure entre ces 2 cartes-son est que la Live! dispose d’une extension enfichable additionnelle sur laquelle se trouvent des entrées et sorties numériques.

Le montage que nous vous proposons ici permettra aux possesseurs d’une Live! Value de la doter, après coup, des entrées et sorties numériques tant optiques que coaxiales requises.

Un PC moderne se doit de pouvoir se manifester par sons. Ceci explique la présence, sur la plupart d’entre eux, d’une carte-son aux possibilités quasiinfinies.
Jusqu’à tout récemment, une telle carte ne disposait que d’entrées et de sorties analogiques, mais il existe aujourd’hui des  exemplaires dotés de connecteurs permettant la prise en compte (lecture) ou l’émission vers l’extérieur de signaux audio  numériques.
Cela permet, par exemple, et bien plus simplement, puisqu’il n’est plus nécessaire de passer par une étape analogique, de lire le signal numérique fourni par un lecteur/enregistreur de CAN (DAT) ou de MD (Mini-Disc), d’en effectuer le traitement sur le PC pour le renvoyer sous forme numérique ou le graver sur un CD-R.
La Sound Blaster Live! est l’une des cartes-son à Entrées/Sorties (E/S) audio numériques les plus répandues.

Ces E/S se trouvent sur une carte enfichable distincte dotée de sa propre plaquette de fond de panier sur laquelle sont montées les embases numériques.

La version « déshabillée » de la Live!, la Live! Value, coûte, il est vrai, moins cher, mais il lui manque cette carte d’E/S numériques.
La Live! Value étant pourvue à l’origine, elle aussi, d’un connecteur d’extension mettant à disposition tous les signaux requis, nous
avons pensé qu’il pouvait être intéressant de concevoir une carte à faire soi-même dotée des embases audio numériques requises et que l’on pourrait, par le biais d’un morceau de câble en nappe, tout simplement brancher sur ce fameux connecteur d’extension. Les dizaines de milliers de possesseurs d’une carte Live! Value peuvent ainsi la réactualiser aisément.
Répétons-le, cette carte a été conçue à l’intention de la version standard de la Live! Value, celle qui comporte un connecteur d’extension S/PDIF à 12 broches (vérifiez-le sur le manuel de votre carte).
Il semblerait que l’on ait récemment mis sur le marché un nouveau modèle de cette carte, la Live! Value 1024, dotée elle d’un connecteur d’extension différent et disposant à l’origine d’une sortie numérique coaxiale.

 

Un matériel de 3 fois rien :

L’embase J10 de la carte Live! Value (cf. tableau 1) est identifiée par la dénomination SPDIF EXT et prend la forme d’une double rangée de 6 contacts située sur le bord de la carte.

Cette embase comporte 1 entrée et 4 sorties S/PDIF. Elle dispose également d’une broche reliée au +5 V du PC, mais nous n’en connaissons pas les caractéristiques techniques. Ceci explique que nous ayons opté, pour l’alimentation de cette carte d’extension numérique, pour une liaison directe vers la tension d’alimentation de 5 V interne du PC –mais rien n’interdit, si cette carte est
disposée à l’extérieur du PC, d’opter pour un adaptateur secteur standard.
Il nous suffit, vu que toutes les lignes de signal sont déjà présentes sur le connecteur d’extension S/PDIF, d’ajouter un certain nombre de connecteurs et de tampons.

Un coup d’œil au schéma de la figure 1 permet de constater que le nombre de composants actifs se réduit à bien peu de choses.
On y découvre 2 entrées numériques, la première optique (IC3, un récepteur TOSLINK classique), la seconde coaxiale (K1, pour un signal S/PDIF d’entrée de 0,5 Vcc/75 Ω).

Le cavalier JP1 permet de choisir laquelle des 2 entrées doit être active.

Nous utilisons, pour le traitement du signal S/PDIF coaxial entrant, un circuit éprouvé prenant la forme d’une paire d’inverseurs intégrés dans un 74HCU04, IC1. IC1a fait office d’amplificateur analogique. Le signal entrant subit un gain de l’ordre de 7x (sans
écrêtage). Le signal amplifié moyenné se trouve alors aux alentours du point de basculement du second inverseur. IC1b amplifie le signal pour lui donner de « jolis » niveaux logiques CMOS. R4 maintient IC1b juste en-deçà de son point de commutation pour éviter que l’on ait, en l’absence de signal d’entrée, apparition à la sortie de IC1b de signaux parasites dûs, entre autres causes, au bruit.

La triplette R2/D1/D2 protège IC1 à l’encontre de signaux d’entrée erronés. La broche centrale de l’embase de sélection d’entrée, JP1, est reliée directement à l’embase K4 qui assure la liaison avec le connecteur d’extension de la carte-son. K4 prend la forme d’une embase à 2 rangées de 7 contacts, vu qu’il s’agit là d’un connecteur courant.

 

schéma

Le schéma de cette extension se résume en fait à une série de connecteurs d’entrée et de sortie. On dispose ici d’un total de 2 entrées et de 4 sorties numériques.

Tableau 1. Brochage du connecteur d’extension S/PDIF à 12 contacts (J10) que comporte la SB Live! Value :

 Broche Nom  Fonction
 1 SPDIF#O  Sortie S/PDIF-0
2  GND Masse
 3  KEY
 4  VCC Alimentation (+5 V)
 5  GND Masse
 6  SPDIF IN Entrée S/PDIF
 7 Non connecté
 8 Non connecté
 9  SPDIFO#1 Sortie S/PDIF-1
 10  GND Masse
 11  SPDIFO#2 Sortie S/PDIF-2
 12  SPDIFO#3 Sortie S/PDIF-3

fig2

La platine représentée ici abrite tous les connecteurs présents sur le schéma; on pourra ainsi la monter à l’intérieur d’un boîtier ou la disposer derrière une face avant pour emplacement 5”1⁄4.

Liste des composants :

Résistances :
R1,R6,R8 = 75 Ω
R2 = 100 Ω
R3 = 10 kΩ
R4 = 4kΩ7
R5,R7 = 220 Ω
R9,R11 = 4Ω7
R10,R12 = 8kΩ2
R13 = 1kΩ8

Condensateurs :
C1,C3 à C6,C9 à C11,C13,C14,C16 = 100 nF céramique au pas de 5 mm
C2 = 1 μF/63 V radial
C7,C8 = 47 nF céramique
C12,C15 = 10 μF/63 V radial
C17 = 470 μF/25 V radial

Selfs :
L1 = 270 μH
L2 = 47 μH

Semi-conducteurs :
D1,D2 = 1N4148
D3 = haut rendement LED
D4 = 1N4001
IC1 = 74HCU04
IC2 = 74HC86
IC3 = TORX173 (Toshiba)
IC4,IC5 = TOTX173 (Toshiba)
IC6 = 7805

Divers :
JP1,JP3 = embase mâle auto-sécable à 3 contacts + cavalier
JP2 = embase à 2 rangées de 5 contacts avec 1 cavalier
K1 à K3 = embase Cinch encastrable (Monacor T-709G)
K4 = embase HE10 à 2 rangées de 7 contacts
K5,K6 = bornier encastrable à 2 contacts au pas de 5 mm
Tr1 = transformateur torique Philips TN13/7,5/5-3E25, 20 spires au primaire,2 x 2 spires de fil de cuivre émaillé de 0,5 mm de diamètre au secondaire

entière

Les broches 1 à 12 correspondent aux bornes présentes sur la carte-son. Les broches 13 et 14 sont reliées à la masse du module d’extension et peuvent, le cas échéant, servir de blindage.

Toutes les 4 sorties S/PDIF présentes sur le connecteur d’extension sont prolongées vers la carte d’extension. On peut, par la mise en place d’un cavalier sur l’embase JP2, déterminer laquelle des sorties numériques de la Live! Value est reliée aux sorties de la carte d’extension.

Il apparaît, dans la pratique, que c’est la sortie SPDIF0#0 qui véhicule le signal de sortie. Une cinquième possibilité (IN) offre
constitue un extra. Il est possible, par son biais, de relier directement l’entrée de la carte d’extension aux sorties.
Cette option peut s’avérer intéressante lors d’un contrôle des entrées et sorties et/ou des signaux. On peut également, par son intermédiaire, utiliser ce montage en tant que convertisseur optique/coaxial (ou inversement) voire s’en servir comme répartiteur S/PDIF.

En aval du cavalier implanté sur JP2, le signal numérique poursuit vers les entrées de IC2. 2 des 4 portes EXOR (OU EXclusif) intégrées dans ce circuit sont montées en parallèle pour constituer un tampon non-inverseur (IC2a/b), les 2 autres, IC2c/d, montées en parallèle elles aussi, constituent un tampon inverseur.

Cette dernière paire commande les 2modules TOSLINK de sortie, IC4 et IC5, de sorte que, en cas d’utilisation du montage en  convertisseur/ répartiteur (cavalier implanté sur IBN de JP2) les LED des modules de sortie sont éteintes en l’absence de signal d’entrée.

L’électronique entourant les modules TOSLINK IC3 à IC5 est classique et comporte, principalement, des réseaux de découplage de la tension d’alimentation.

Les 2 paires de portes EXOR attaquent, de façon symétrique, un transformateur de sortie de fabrication-maison.

La raison de l’utilisation d’EXOR tient à l’identité des temps de transfert des 2 configurations de tampon (d’où une sortie vraiment symétrique). Le transformateur assure une isolation galvanique des 2 sorties coaxiales K2 et K3 par rapport au reste du circuit, ce qui permet d’éliminer les boucles de masse et toute autre source de parasites.

Nous avons, comme nous disions plus haut, le choix, pour la tension d’alimentation, entre 2 options. En cas d’implantation du  montage dans un PC (à l’abri d’une plaquette de face avant 5”1/4) la carte d’extension pourra être reliée directement, par le biais du connecteur K6, à l’alimentation +5 V du PC (par la prise d’un répartiteur en Y sur l’un des connecteurs d’alimentation présents).

Il faut alors implanter JP3 en position K6. L’autre option, JP3 placé en position K5, sera adoptée en cas d’utilisation de la carte hors d’un ordinateur. On pourra alors utiliser un adaptateur-secteur. Nous avons, pour vous faciliter les choses, prévu la mise en place sur la platine d’un régulateur de 5 V avec sa diode et son filtrage, de sorte que l’on pourra se contenter d’un petit transformateur (9 V/1,5 VA).

La fonction première de D4 est de protéger l’électronique contre une inversion malencontreuse de polarité de la tension  d’alimentation. On pourra partant utiliser, pour l’alimentation, un adaptateur secteur fournissant une tension non régulée de plus de 9 V.

La réalisation :

La réalisation de la platine dont on retrouve le dessin en figure 2 n’est pas une entreprise difficile. On pourra commencer par souder toutes les embases Cinch, TOSLINK et autres connecteurs sur la platine. Les 2 circuits intégrés numériques pourront prendre place sur un support, le reste des composants actifs et passifs étant soudés directement à leurs emplacements respectifs.
La photo vous aidera à éliminer tout doute quant au positionnement des composants. Le seul composant délicat est le  transformateur, vu qu’il est de fabrication-maison.

On a besoin pour cela d’un demi-mètre de fil de cuivre émaillé de 0,5 mm de diamètre et d’un tore Philips de 13 x 5,5 mm. On commence par bobiner le primaire de 20 spires avant de bobiner par-dessus 2 secondaires de 2 spires chacun. Le croquis de la figure 3 montre comment disposer les différents enroulements sur le tore.
On pourra, en fonction de l’endroit où l’on veut placer la carte, doter une face avant de 5”1/4 (dans laquelle auront été percés les orifices requis) d’une paire d’équerres ou la monter dans un boîtier séparé. Dans le cas d’un montage dans un PC, la platine d’extension est reliée à la carte-son à l’aide d’un morceau de câble plat à 14 conducteurs doté à chacune de ses extrémités d’un
connecteur à 14 broches.

Attention, lors de l’implantation du connecteur à 14 contacts dans l’embase J10, à ce que la broche 1 du connecteur soit bien reliée à la broche 1 de J10. En cas de montage de la carte à l’extérieur d’un PC, la solution la plus simple consiste à utiliser des  connecteurs Sub D à sertir sur câble en nappe. Si l’on utilise des 2 côtés, tant PC que carte d’extension, le même type de  connecteur, il suffit de s’assurer que la broche 1 du premier correspond bien à la broche 1 de l’autre.
Quelques remarques d’ordre général en guise de conclusion. Il est possible, par la connexion, sur l’embase mâle JP1, d’un inverseur dont le contact central sera relié à la broche centrale de la dite embase, de réaliser une commutation de choix de l’entrée, entre optique et coaxial.

On veillera à réduire la longueur de cette liaison au strict nécessaire. La consommation de courant du circuit varie, selon qu’il s’agit d’un signal d’entrée optique ou coaxial, entre 60 et 80 mA.
Si vous n’avez pas crainte d’alimenter le montage à partir du +5 V présent sur l’embase J10 de la carte-son, vous pouvez prendre un conducteur entre la broche 4 de K4 et le contact central de l’embase JP3. Il faudra, dans ce cas là, ne pas implanter le cavalier JP3 et on pourra ne pas implanter les composants suivants : K5, K6, D4, C14 à C17 ni IC6.

Un mot, pour finir, sur le pilotage de ces entrées et sorties numériques additionnelles. Ce dernier n’est possible qu’avec la version
la plus récente du programme/pilote Live! Ware, version 2.0 ou plus récente téléchargeable depuis un site spécial, le site SB Live!

Histoires de transfos :

La commande symétrique du transformateur de sortie que comporte le présent montage mérite, de par ses particularités, que l’on s’y arrête.

La première raison d’un choix d’un pilotage symétrique de Tr1 est que l’on peut, en raison de l’amplitude de 10 Vcc du signal primaire, opter pour un rapport de transformation primaire/secondaire plus élevé (10:1). Un câble coaxial doit être terminé
des 2 côtés à l’impédance classique de 75 Ω, de sorte que l’on peut atténuer d’éventuelles réflexions.

Il nous faut ainsi un signal de sortie de 1 Vcc au secondaire du transformateur pour disposer de 0,5 Vcc aux bornes de ces 75 Ω. Le rapport de transformation important se traduit par une impédance de sortie plus faible et une bande passante plus large (un meilleur facteur de couplage vu que l’enroulement primaire s’étend sur une part importante du noyau torique).

La seconde raison du choix de cette approche symétrique est qu’il est possible, par l’utilisation d’un tore, de répartir l’enroulement du primaire sur 2 moitiés identiques. Les connexions du primaire et des secondaires se trouvent ainsi, sur le tore, à l’opposé les unes des autres et la liaison de la première moitié de l’enroulement du primaire vers sa seconde constitue, pratiquement,
un point de terre virtuel, ce qui contre encore mieux toute diaphonie entre l’enroulement du primaire et ceux du secondaire (ce qui n’a que des effets bénéfiques sur l’isolement galvanique dans le domaine des HF).

Les sorties sont dotées, de par la présence de R5 et R7, d’entrée de jeu, d’une atténuation servant à éliminer les ondulations résiduelles. R6 et R8 déterminent, pour une partie importante, l’impédance de sortie (75 Ω). C7 et C8 mettent les blindages à la masse pour les HF. La mise en parallèle de C4 à C6 réduit notablement l’influence de la qualité (résistance série) de ces condensateurs. La présence de ces condensateurs de couplage est nécessaire pour éviter que les sorties du tampon IC2 ne soient mises, en l’absence de signal, en court-circuit par le transformateur.

3

On voit, sur ce croquis, comment réaliser le transformateur de sortie : 20 spires au primaire et 2 fois 2 spires au secondaire.

transfo

Voici comment, par le biais d’un connecteur Sub D vissé dans une découpe faite dans le coffret de l’ordinateur, prolonger les bornes du connecteur d’extension de la SB Live! Value.

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