Qual é a vantagem do cabo coaxial óptico TOSLINK sobre RCA?

Um padrão popular para a transmissão de áudio digital entre dispositivos de áudio tem sido o padrão AES3 (também conhecido como S / PDIF). O padrão envia áudio PCM estéreo e frequentemente encontrado em eletrônicos de consumo. O padrão especifica vários tipos de interconexão, com os cabos coaxiais RCA e o TOSLINK óptico sendo os dois mais populares.

Geralmente nos manuais de áudio, é comum notar que o TOSLINK óptico fornece uma conexão superior devido aos aspectos superiores dos cabos ópticos em geral. Entendo que o meio físico das fibras ópticas é menos propenso a ruídos e possui maior largura de banda teórica. Pessoalmente, nunca notei uma diferença entre os dois.

Quero perguntar, no âmbito da transmissão de áudio digital, há diferenças observáveis ​​ou mensuráveis ​​entre os dois cabos? Se não estiver na fidelidade do áudio, há uma diferença na qualidade da transmissão? O TOSLINK é mais do que um cabo muito caro?

Os conectores RCA são mais baratos e estão disponíveis universalmente.

Além da resposta do TimB, há outra vantagem dessa comunicação óptica.

Com o RCA, as duas redes conectadas devem ser referenciadas uma à outra. No caso do óptico, há isolamento galvânico entre os dois. Como resultado, pode haver menos problemas com loops de terra, as redes podem permanecer isoladas etc. Isso também significa que o terreno não pode atuar como uma grande antena, o que pode facilitar a obtenção de baixo ruído no sistema como um todo.

E uma desvantagem adicional dos conectores RCA está na conexão terra. Se você observar a maioria dos conectores modernos, verá que a conexão à terra é feita primeiro. Como resultado, os dois circuitos conectados são puxados primeiro para o mesmo potencial e, em seguida, os dados reais são conectados. Se os dados forem conectados primeiro, isso ainda acontece - mas as correntes para isso agora precisam fluir através dos seus provavelmente mais sensíveis circuitos de receptores digitais. Nos conectores RCA, a primeira conexão é o pino central que carrega os dados. Por esse motivo, muitas vezes me disseram que você sempre deve conectar os conectores RCA antes de conectar todo o sistema à tensão da rede elétrica - ou usar o terminal de aterramento que alguns desses dispositivos precisam referenciar o sistema à rede elétrica o tempo todo. Escusado será dizer que,hot plug .

Quero perguntar, no âmbito da transmissão de áudio digital, há diferenças observáveis ​​ou mensuráveis ​​entre os dois cabos?

Na verdade sim.

Isolamento:

A fibra óptica não é condutora, por isso resolve loops de terra, problemas de zumbido / zumbido e qualquer um é insensível à interferência de RF. O cabo coaxial também pode ser isolado com um transformador, porém isso aumenta o custo e é incomum em equipamentos de consumo. Um teste rápido com um multímetro entre o terra RCA digital e qualquer outro terra RCA revelará se há ou não isolamento do transformador.

Isso realmente importa para caixas de TV a cabo conectadas ao terra do cabo, pois isso tende a criar loops de terra irritantes.

Largura de banda:

A maioria dos transceptores ópticos no mercado terá largura de banda suficiente para 24bits / 96kHz, mas apenas alguns passarão 24 / 192k e nenhum 384k. Se você quiser saber qual deles adquiriu, faça um teste. Isso é binário: funciona ou não. É claro que você pode comprar transceptores ópticos com largura de banda muito maior (para ethernet, entre outras coisas), mas você não os encontrará em equipamentos de áudio.

O Coaxial não tem problemas com a largura de banda, passa 384k sem problemas, se o som parecerá melhor é deixado como um exercício para o departamento de marketing.

Se 192k é um truque de marketing ou útil é uma pergunta interessante, mas se você quiser usá-lo e seu receptor óptico não o suportar, será necessário usar o cabo coaxial.

comprimento

A fibra óptica de plástico é barata. Conte com 1dB / m de atenuação. Isso não é fibra de telecomunicações de núcleo de vidro de alta qualidade com perda de 1-2dB / km! Isso não importa para uma fibra de 1 m de comprimento no cinema em casa, mas se você precisar de uma corrida de 100 metros, o cabo coaxial será a única opção. O cabo coaxial da antena da TV 75R está bom. Ou melhor fibra, mas não de plástico. Obviamente, os conectores não são compatíveis.

(Nota 1dB / m é para o sinal digital, não para o áudio analógico. Se o sinal digital estiver muito atenuado, o receptor não poderá decodificá-lo ou ocorrerão erros).

Taxa de erro de bit

Salvo uma questão importante, todos os bits estarão presentes nos dois sistemas (verifiquei). BER não é um problema na prática. Quem fala sobre erros de bits no SPDIF tem algo a vender, geralmente um artifício caro para resolver um problema inexistente. O SPDIF também inclui a verificação de erros, para que o receptor oculte os erros.

Jitter

Os receptores ópticos adicionam muito mais instabilidade (na faixa ns) do que o coaxial bem implementado.

Se a implementação do cabo coaxial estiver danificada (extensão de largura de banda insuficiente na extremidade inferior, violação da impedância de 75R, alta interferência entre símbolos, etc.), também poderá adicionar tremulação.

Isso só importa se o seu DAC na extremidade receptora não implementar a recuperação adequada do relógio (por exemplo, WM8805, DACs do ESS ou outros sistemas baseados em FIFO). Se o fizer corretamente, não haverá diferença mensurável e boa sorte em ouvir algo em um teste duplo cego. Se o receptor não limpar a instabilidade corretamente, você terá diferenças audíveis entre os cabos. Este é um problema do "receptor que não está fazendo o seu trabalho", não um problema de cabo.

EDITAR

O SPDIF incorpora o relógio no sinal, portanto ele deve ser recuperado. Isso é feito com um PLL sincronizado com as transições SPDIF recebidas. A quantidade de instabilidade no relógio recuperado depende da quantidade de instabilidade nas transições de sinal de entrada e da capacidade do PLL de rejeitá-lo.

Quando um sinal digital transita, o momento importante ocorre quando passa pelo limiar do nível lógico do receptor. Nesse ponto, a quantidade de tremulação adicionada é igual ao ruído (ou quantidade de erro adicionado ao sinal) dividido pela taxa de rotação do sinal.

Por exemplo, se um sinal tiver um tempo de subida de 10ns / V e adicionarmos ruído de 10mV, isso mudará a transição do nível lógico no tempo em 100ps.

Os receptores TOSLINK têm muito mais ruído aleatório do que o que seria adicionado por um cabo coaxial (o sinal do fotodiodo é fraco e deve ser amplificado), mas essa não é a causa principal. Na verdade, é limitador de banda.

O SPDIF coaxial geralmente é acoplado à CA com uma tampa ou acoplado ao transformador. Isso adiciona um passe alto sobre a natureza passa baixo natural de qualquer meio de transmissão. O resultado é um filtro passa-banda. Se a banda passante não for grande o suficiente, isso significa que os valores do sinal passado influenciarão os valores atuais. Veja a fig.5 neste artigo . Ou aqui:

Períodos mais longos de níveis constantes (1 ou 0) influenciarão os níveis nos próximos bits e moverão as transições no tempo. Isso adiciona tremulação dependente de dados. Os lados passa-alto e passa-baixo são importantes.

O sistema óptico adiciona mais instabilidade porque seu ruído é maior e sua banda passante é menor do que um cabo coaxial corretamente implementado. Por exemplo, veja este link . O jitter em 192k é muito alto (quase 1/3 de um pouco de tempo), mas o jitter em 48k é muito menor, porque o receptor não tem largura de banda suficiente para o sinal de 192k, por isso age como um passa-baixo e os bits anteriores borram no bit atual (que é interferência entre símbolos). Isso é quase invisível em 48k, porque a largura de banda do receptor é suficiente para essa taxa de amostragem; portanto, a interferência entre símbolos é muito menor. Não tenho certeza se o receptor usado por esse cara realmente suporta 192k, a forma de onda realmente parece ruim e duvido que o chip decodificador ache agradável. Mas isso ilustra bem a largura de banda versus interferência entre símbolos.

A maioria das planilhas de dados de receptores ópticos especificará alguns instantes ns.

O mesmo pode ocorrer com um cabo coaxial SPDIF ruim, se ele agir como um filtro passa-baixo. A parte highpass da função de transferência também desempenha um papel (leia o artigo vinculado acima). Mesmo que o cabo seja longo e as descontinuidades de impedância causem reflexos que danificam as bordas.

Observe que isso só importa se os seguintes circuitos não o rejeitarem. Portanto, o resultado final depende muito da implementação. Se o receptor for CS8416 e o ​​chip DAC for muito sensível à instabilidade, pode ser muito audível. Com chips mais modernos que usam um PLL digital para reconstruir o relógio, boa sorte ao ouvir qualquer diferença! Estes funcionam muito bem.

Por exemplo, o WM8805 executa os dados recebidos por meio de um pequeno FIFO e usa um sintetizador de relógio Frac-N para reconstruir o relógio, cuja frequência é atualizada de vez em quando. É bastante interessante assistir sobre o escopo.

A fibra óptica não irradia eletromagneticamente, mas o mais importante é que é imune à interferência eletromagnética que pode causar corrupção de dados no cobre em condições extremas. Essa interferência pode advir do arco de um interruptor que está sendo desligado sob carga ou pode ser gerada por um motor sob carga alta.

Bem, eu comprei um cabo digital coaxial barato e um cabo óptico SPDIF barato e, com certeza, o cabo coaxial parecia opaco e chato, troquei pelo cabo óptico e ficou mais brilhante e animado em toda a faixa de frequência. Portanto, nem tudo é marketing, estou envolvido com HiFi e Eletrônica profissionalmente desde que deixei a escola há mais de 40 anos.