Audio Perfection Forum

Полная версия: FIRDACmicro или TrueAnalog или GreenDAC
Вы просматриваете yпpощеннyю веpсию форума. Пеpейти к полной веpсии.
Страниц: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
На писанину никогда нет времени так что буду по мере сил и возможностей писать тут.

И начать надо собственно с цифро-аналогового преобразования, про цапы ИКМ типа я коротко так и не дописал тут http://s-audio.systems/diy/da-conversion-methods . Про цапы СДМ типа даже не начинал так как во вторых тема крайне обширна и во первых никому нафиг не нужна Big Grin Но коротко некоторые моменты придется озвучить.

Все современные мс цап для аудио представляют собой многобитные СД-Модуляторы с мультиуровневыми ЦАП и той или иной разновидностью DEM между этими блоками (полностью структура выглядит как ЦФ-СДМ-ДЕМ-ЦАП).
Модуляторы бывают разных порядков, чем выше порядок модулятора тем меньше шум в звуковой полосе и тем он больше вне зч полосы.
Достоинством многобитных модуляторов является большее отношение с/ш при той же частоте и порядке модулятора чем у 1-битных СДМ (5битный СДМ в одинаковых условиях будет на 30дб иметь лучше с/ш чем однобитный в полосе до Fmod/2).
Недостатками являются уровнезависимый шум и в первую очередь линейность так как разброс параметров ГСТ или резисторов или конденсаторов(в зависимости от типа ЦАП) в несколько процентов приводит к существенным искажениям для борьбы с которыми придумали Динамическую подстройку элементов (DEM).

DEM усредняет нелинейность мультиуровневого цапа, так вот время усреднения обратно пропорционально частоте работы модулятора и прямо пропорционально разрядности цапа, то есть чем выше разрядность вашего цап и чем ниже частота работы модулятора тем больше времени надо для усреднения нелинейности. Разновидность ДЕМ первого порядка(что стоит в 90% мультиуровневых ЦАПов напр. AK4399, AD1955, PCM1792, ES9018) не очень хорошо усредняет нелинейность и имеет сильную уровнезависимость, и как любой СДМ 1го порядка очень гадит паттернами как в округе Fmod/2 так и напрямую попадающими в ЗЧ область.
Поэтому цифры искажений измеренные на синусе для таких ЦАП не имеют ничего общего с линейностью на реальных музыкальных сигналах, но красивые циферки Кг вкупе с красивыми циферками шума позволяют хорошо рекламировать и продавать продукцию.

Особняком в современном мире стоит WM8741/8742, в них был применен специфический DEM 2го порядка (паттернов от него нет даже на Fmod/2!), ЦАП применен не на наборе одинаковых элементов а взвешенные 1-2-4-8 что вкупе с частотой работы модулятора в 256fs позволило уменьшить время усреднения по сравнению с конкурентами(6бит 64-128фс а-ля AK4399, PCM179x, AD1955 итд) в 10-20раз.
(Но естественно из за матрицы 1-2-4-8 Кг на синусе уже не будет такой красивой как в цапах с одинаковыми элементами).
Про то что им хватило мозгов на модулятор малого порядка и качественно заапсемплить входной поток до частоты работы модулятора пока вспоминать не будем. Но 8741/8742 из за особенностей/косяков кристалла дичайше геморройна в применении что делает ее применение в ДИЙ разработках полностью невозможной.

Собственно ЦАП в современных мс бывает двух разновидностей - непрерывного времени(на выходе непрерывно ток или напряжение) и дискретного времени (дискретно зарядом, одни из разновидностей Switched Capacitor, в основном применяются Direct Charge Transfer структуры).
Достоинством цап дискретного времени(SC dac) является фильтрация на переходе с цифрового вида в аналоговый что позволяет уменьшить чувствительность к "белому" джиттеру и уменьшить внеполосный шум. Недостатками являются повышенное потребление питания из за наличия ОУ обязательных для такой структуры, и что действительно для нас важно динамические искажения из за того что ОУ всегда находится в ограничении по скорости нарастания (slew rate limiting) и кодозависимом времени установления.
1-битовые СДМ и ЦАП
Недостатками являются меньшее(но кодонезависимое) отношение с/ш при той же частоте и порядке модулятора чем у многобитовых СДМ, сложность в дизеринге СДМ, меньший достижимый коэффициент модуляции, мощные паттерны в районе Fmod/2 при малых входных сигналах (в отсутствие сигнала на выходе то поток 010101...0101), увеличение внеполосного шума при уменьшении сигнала (мощность 1-битового потока всегда неизменная, перераспределяется только спектр, если ЗЧ сигнал большой то вч шум уменьшается и наоборот).
Достоинства конечно же хорошая (в идеале абсолютная) линейность, что на синусе что на музыкальном сигнале одинаковая, меньшее потребление и занимаемая на кристалле площадь (из за отсутствия ДЕМ и в 2^N меньшего ЦАП).

Собственно ЦАП бывает или дискретного времени или непрерывного времени, но также возможен еще один подвид (FIRDAC) про который будет последующий рассказ.
FIRDAC or Semidigital FIR
FIRDAC непрерывного времени впервые предложенный Девидом Су и Брюсом Вули в 93году для 1битных СДМ
[attachment=3859]

Представляет собой реализацию FIR фильтра цифровым и аналоговым методом одновременно, задержка реализована цифровым методом а коэффициенты фильтра и сумматор аналоговым. Коэффициенты фильтра задаются током а сумматором выступает каскад I/U.
[attachment=3860]

Ачх одной из возможных реализаций такого цап для аудио применений показана ниже (128tap)
[attachment=3861]

Выходной сигнал такого фильтра/цапа эквивалентен мультиуровневому ЦАП с очень большим количеством уровней (разрядностью) но не имеющий его недостатков, неточность токов в данном случае приводит к изменению АФЧХ фильтра но не к образованию нелинейных искажений как в мультиуровневых цапах.

Достоинством FIRDAC непрерывного времени является линейность, при должной длине отличное подавление внеполосных помех (отличный ("аналоговый") сигнал на его выходе), очень маленькая чувствительность к джиттеру, очень небольшие требования к быстродействию и полосе ОУ каскада I/U (менее 1В/мкс) и соответственно отсутствию динамических искажений.
Недостатками является большая занимаемая площадь кристалла, нужен мелкий тех процесс.

Синус 20кГц 0дб при ЧД 44,1кГц с выхода 75tap FIRDAC (без какой либо последующей фильтрации, в полосе до 400МГц).
[attachment=3863]
Разрядность, частота дискретизации, шум и Хайрез
Некоторые люди считают что чтоб полноценно слушать цифровые фонограммы высокого разрешения нужно неимоверно большой ДД(>120дб) и высокая частота дискретизации. Но на самом деле все чуточку не так.

Уровень шума на студии звукозаписи 25-30дб, максимальное SPL классических музыкальных инструментов в пару метрах от них не превышает 110дб, итого максимально достижимый ДД нескомпенсированной записи(которых практически не бывает) 80-85дб что соответствует разрядности всего в 14бит. Анализируя многие записи можно удостоверится что лишь очень немногие из них имеют с/ш в 80-85дб, в основном хорошо если есть 70-75дб с/ш. В домашних условиях уровень фонового шума больше а максимальный СПЛ у АС редко достигает 110дб в нескольких метрах от них поэтому ДД еще меньше.

Высокая частота дискретизации хороша тем что на этапах аналого-цифрового преобразования и цифро-аналогового возможно применить ЦФ с плавным спадом ачх чтоб уйти от применения brickwall ЦФ и связанных с его применением проблем в звуке.
Но увы записи с ЧД 96/192 в основном делаются с применением brickwall ЦФ и соотвественно не дают никаких преимуществ над 44.1, единственное так как хайрез позиционируется как лучший формат сама запись, сведение и мастеринг часто выполняются на хорошем уровне что позволяет людям не очень разбирающимся в вопросе говорить об однозначном превосходстве хайреза якобы именно из за высокой разрядности и ЧД. Особняком стоит DSD, тут этих проблем нет изначально но есть другие, но если использовать даный фильтр http://s-audio.systems/catalog/dsd-filter то можно получить лишь преимущества формата DSD при использовании 1-битных цап.
Немного о алиасах.
Для УМЗЧ с ооос найболее нехорошими являются помехи и шумы в районе его частоты единичного усиления которая у большинства УМЗЧ лежит в области 0,5...1,5Мгц, поэтому алиасы и шумы(в случае СДМ) на этих частотах должны лежать ниже -80..90дб. А это значит(учитывая доп подавление sin(x)/x и использование ЦФ 2х..8х) что если не использовать ФНЧ с апроксимацией Чебышева и Баттерворта и не делать частоту среза слишком низкой (ниже 60кГц уже слишком заметно) выливается в использование ФНЧ минимум 4 порядка, для СДМ еще надо учитывать что минимально допустимый порядок ФНЧ должен быть равен порядку модулятора для эффективного подавления внеполосных шумов.
Немного о джиттере. (Реально немного так как тема обширная)
Джиттер - нестабильность тактового сигнала, представить(и померять) ее можно во временной области как нестабильность времени фронтов/спадов относительно их идеальных значений(period jitter, cycle to cycle period jitter) или в спектральной области как график шума при разных отстройках(phase jitter). Измерения (если они выполнены корректно) в обоих областях дают идентичный результат но измерения в частотной области проще чем во временной, так как к примеру чтобы измерить джиттер от 1Гц и выше надо осциллограф имеющий кроме большого семплрейта еще и огромную память чтоб оцифровать сразу 1сек с большим семплрейтом (4..20Гс/с)(таймбейс в осциллографе действует как ФВЧ).

Джиттер влияет на выходной сигнал ЦАПа как увеличения шума оного(если джиттер без спуров) или + модуляция сигнала спурами(если фазнойс со спурами).

Допустимым является такой уровень джиттера(без спуров!) при котором не уменьшается отношение с/ш Ц/А устройства в целом ниже отношения с/ш записей, а это как было сказано выше 80дб с/ш. А это для большинства типов СДМ мс ЦАП выливается в интегральное значение джиттера в несколько едениц и даже десятков наносекунд. Более жестким критерием может быть такой уровень джиттера при котором не ухудшается с/ш конкретной мс ЦАП, к примеру для PCM1792 чтоб получить с/ш в 120дб интегральное значение джиттера должно быть не более 300пс.


Но если джиттер со спурами то тут появляется сильная зависимость интегрального значения джиттера от типа ЦАП и от частоты спуров, но в целом можно говорить в данном случае о достаточности интегрального значения джиттера для большинства типов СДМ мс ЦАП(кроме фактически 1-битников реального времени) в несколько десятков пикосекунд.
..
[attachment=4171]
Схема устройства, ниже коротко пройдемся по узлах итд данного устройства.

Устройство имеет два входа один USB(PCM 16/24бит 44,1-192кГц, DSD64-512) и один S/PDIF(PCM 16/24бит 44,1-192кГц).
Качество USB входа определяется двумя вещами:
- Наводка по воздуху USBкабель - межблочный аналоговый кабель, USBкабель - сетевой кабель.
- Токи в петле "интерконекта".

Первое влияние уменьшается при применении экранированных кабелей и синфазных дросселей в линиях D+D- приемопередатчиков, второе влияние уменьшается по мере уменьшения емкостной связи устройства с USB хабом. В данном устройстве используется передача через гальваноразвязку Si86xx S/PDIF сигнала а не i2s шины чтоб минимизировать емкостную связь (емкость барьера гальваноразвязки пропорциональна количеству параллельно соединенных барьеров + емкость корпусировки), также при монтировании устройства в металлический корпус обязательно надо сделать охранный вырез около USB разъема в 1см.
USB вход реализован на мс CM6631A в асинхронном режиме с собственной прошивкой. Опорными генераторами для CM6631A применены малоджиттерные от Kyocera http://www.mouser.com/ds/2/40/clock_k_e-522534.pdf
Неиспользуемый в данный момент генератор одной из сеток (44,1/48) выключается.
[attachment=4172][attachment=4186]

Качество S/PDIF входа определяется:
-Способностью S/PDIF приемника фильтровать входящий джиттер.
-Входными синфазными помехами.
В данном устройстве применен S/PDIF приемник с FIFO и низкой частотой среза петли ФАПЧ WM8804, низкоджиттерный генератор опорной частоты - правильно спроектированный Пирс на базе инвертора 8804 и элементов R31, R26, C14, C22 и кварце с load capacitance 32пФ (максимум что можно купить в свободной продаже). Джиттер мастерклока равен 30пс. Во входных цепях используются Ethernet трансформаторы с нормированным КОСС до 100МГц, резистор терминации 75ом распаралелен на два резистора, один номиналом 100ом непосредственно на входе/первычке трансформатора и номиналом 300ом во вторичке трансформатора что позволяет эффективно демпфировать резонансы трансформатора и обеспечивает лучшее согласование линии чем наличие одного резистора номиналом 75ом во вторичке трансформатора.

ЦАПом для данной конструкции выбрана 1-битная СДМ по причинах озвученных ранее, а именно наличию искажений мало зависимых от типа сигнала чтоб получить максимально неокрашенное звучание в отличии от многобитных СДМ где каждая связка СДМ-ДЕМ-ЦАП имеет свой неповторный окрас из за сильной зависимости искажений от сигнала.

Собственно мс ЦАП применена UDA1334BTS имеющая на борту полуполосный ЦФ с подавлением первой ступени 65дб и неравномерностью +-0,005дб, 64x С/Д Модулятор 5го порядка с DC(цифровое смещение) и AC(4x) дизером и Semidigital FIR на 75tap. Сделана на техпроцессе ~0,35мкм(инфа от Сергея Агеева) что позволило сделать столь длинный FIRDAC и быстрый ОУ I/U при столь малом потреблении.

Осциллограммы непосредственно с выхода UDA1334BTS синуса 20кГц и меандра 1кГц генерированных в цифровом виде (соответствующего теореме Котельникова) при ЧД 44,1кГц в полосе 400Мгц показана ниже
[attachment=4175][attachment=4176]

Примененный ЦАП имеет не дифференциальную структуру поэтому в отличие от дифференциальных структур тут нет частичной компенсации токов нагрузки в питании поэтому требования к питанию еще выше и чтоб их обеспечить применены лучшие придуманные на сегодняшний день стабилизаторы для питания мс ЦАП и аналоговых каскадов.

Отличные фильтрационные способности Semidigital FIR позволили свести практически к нулю влияние джиттера (спуры остались важны лишь при отстройках всего до +-50кГц) и сделать минималистскую аналоговую часть устройства с ФНЧ всего 1-порядка с частотой среза в 100кГц выполненные на ОУ в инвертирующем включении с Ку=-2. ОУ применены AD8056, одни из нескольких ОУ пригодных для высококачественного звуковоспроизведения. Выход в устройства балансный(псевдо-) и не балансный, не балансный выход допустимо использовать исключительно временно когда недоступно балансное соединение из за существенного ухудшения звука системы при не балансном подключении компонентов.

ПП двухслойная размером всего 5*11см, трассировка выполнена максимально аккуратно с минимизацией излучающих дорожек и минимизацией контуров питания итд. Малые габариты устройства позволяют эффективно встраивать его в УМЗЧ и усилители для наушников тем самым минимизируя проблемы интерконнекта.

Спектр сигнала 1кГц -10дб на выходе устройства в полосе от 0 до 40МГц ниже, как можно видеть никаких наводок и помех от цифровой части устройства обнаружить не удалось, любые внеполосные составляющие лежат на уровне ниже -90дб (-97,5дб на 500кГц).
[attachment=4177]
в полосе до 2Мгц и в полосе до 100кГц ниже
[attachment=4200][attachment=4201]
Semidigital FIR начинает работать от 50кГц и полностью подавляет внеполоску (вместе с аналоговым ФНЧ) от 80кГц и выше до уровня -90...-100дб. От 25кГц до 80кГц видно небольшие недофильтрированные остатки шума СДМ 5го порядка.

Допусимое постоянное напряжение на выходе устройства +-10мВ, в ином случае потребуется корректировка R40, R41.
Резисторы R43-R56 обязательно тонкопленка, конденсаторы C28-C32 обязательно NP0.

Питание устройства постоянным током двухполярное +-10...14В, ток потребления всего 0,11А. Для питания устройства нужны обязательно секционированные Ш(Л) трансформаторы мощность 2,5-6Вт например TEZ2.5/D/12-12V, FS24-100.

Устройство имеет задержку включения выходного реле 8с и отключение реле при падении напряжения питания ниже +-8В. Возможно непосредственное управление реле с помощью сигнала REL open drain выходом, а также логическим сигналом в 3,3-5В уровнях если не запаивать резисторы R12, R14. Также присутствует светодиодная индикация ЧД (32-48кГц, 88,2/96кГц, 176,4/192кГц).

Выходное напряжение - 2,2Врмс
Выходное сопротивление - 100ом
Минимальное сопротивление нагрузки - 100ом

Драйвера для WinXP/7/8/8.1
Драйвера для Win10

Cписок деталей для данного ЦАПа

Схема БП

Звук данного цапа придет по душе любителям "ровного" звука без "Вау! эффектов" что требует определенной культуры у слушающего, а также систему довольно высокого уровня (несмотря на дешевизну данной конструкции Sad ) которая для ~97% ДИЙеров просто недоступна, на зато цап будет "на вырост".

Данное устройство не несет коммерческой выгоды а спроектировано для получения качественного звука ДИЙерами при маленьких габаритах и маленькой цене. Для коммерческого успеха надо делать устройства из тех деталей что сейчас в моде и используя стереотипы данного времени.

Отзывы о устройстве: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Фото собранной ПП устройства ниже
[attachment=4979][attachment=4980][attachment=4981]
С28-мне кажется ты очень большой оптимист
ты об чем?
Ц28 там(вместе с Р41, Р42) чтоб получить импеданс по неинвертирующему входу аналогичный инвертирующему ОУ для получения заявленых производителем ПСРР
Это понятно. Но я бы дополнительно локально расфильтровал перед тем как обеспечивать равенство импедансов.
Там питание хорошее и близко, а 1334 тихая, там нечего ловить :)
Но никто не воспрещает поставить вместо 150пФ 10мкф прикола ради, обновил схему.
А для 192кспс и ДСД там внутри шота фильтрует и децимирует?
nazar писал(а):охранный вырез около USB разъема в 1см
Может 1мм?
а почему, кстати, не использовал половинку того-же транса для приема СПДИФ от USB части?
одним активньім елементом меньше.
это там в углу напаян кирпичного цвета МЛТ 0,5Вт?:))))
БендеровецЪ писал(а):А для 192кспс и ДСД там внутри шота фильтрует и децимирует?
децимируется тока ДСД http://s-audio.systems/catalog/dsd-filter
wired писал(а):Может 1мм?
нет, не менее 1см
wired писал(а):а почему, кстати, не использовал половинку того-же транса для приема СПДИФ от USB части?
одним активньім елементом меньше.
потому что транс сифонит много больше и потому что емкость межобмоточная у него много больше
Jenko писал(а):это там в углу напаян кирпичного цвета МЛТ 0,5Вт?:))))
0,125Вт, это R22, первым нашелся именно МЛТ Big Grin
nazar писал(а):wired писал(а):Может 1мм?
нет, не менее 1см
можешь нарисовать? шота я не пойму как єто.
От любого края юсб разьема к металической панели должно быть по 1см чтоб не набрать лишней емкости


[Изображение: berkeley_alpha_usb_007.jpg]
ох йобтьіть, так тогой... а еси тонкий корпус?
Страниц: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
URL ссылки