Реально ли собрать R-2R матрицу на ультра прецизионных термостабильных резисторах ?

[кекс]

Реально ли собрать R-2R матрицу (16-20 бит) на ультра прецизионных термостабильных резисторах ? Пусть это не технологично, но никто и не собирается запускать подобный проект в серию.

На выходе R-2R полностью отказаться от оперов используя концепцию Audio-Note. Согласно ей идеальным преобразователем "ток - напряжение" может служить резистор, падение напряжения на котором затем можно усилить и подать на выход. Далее усилитель класса "А" на ламповом однотактном триоде без ООС. Питание матрицы - батарейное.

Пока использую процессор Mcintosh внутри которого сладкая парочка PCM1702P-K, но если честно мысль о собственном R-2R давно гуляет в моей голове.

Если кому интересна эта идея, то давайте обсудим. Готов потратится на любую элементную базу. Имею доступ к любым компонентам любых забугорных производителей. Есть возможность изготавливать самые извращённые варианты сложнейших печаток, хоть на керамике (на одном из самых продвинутых производств в Англии или Германии).

p.s. Сейчас специально полистал подшивки Vishay. Есть две серии чипов 0805 имеющих TCR 0.05 ppm/°C и точность ± 0.005% (50 ppm). Собственный уровень шумов -40dB (10nV/V). Рекомендованая область использования - аудио аппаратура высокого конца.

http://www.vishay.com/docs/49435/49435.pdf
http://www.vishay.com/docs/63106/vfcpseri.pdf
http://www.vishay.com/docs/63060/vsmpseri.pdf

В общем чего кто думает по этому поводу ?

[deemon]

Интересно , а кому-нибудь приходилось смотреть сигнал на выходе не 24-битного , а 16-битного ЦАПа в каком-нибудь CD плейере ? В тех , которые попадались мне , слабый сигнал ( несколько единиц ) изрядно тонул в шумах и помехах даже при 16 битах , и это были не шумы осциллографа , а шумы именно ЦАПа , вот в чём фишка А звук от этих ЦАПов мы не просто слушаем , а иногда ещё и нахваливаем Так что , товарищи теоретики , до того момента , когда идеальная ступенька 24-битного ЦАПа на частоте 44,1 ( 88,2 ) кгц утонет в шумах осцилла - ещё дожить надо !
И вообще , мне просто смешно это читать . Все эти рассуждения , почему то или это "невозможно сделать" - это всё удел раздолбаев . А нормальный инженер - он думает не о том , почему это невозможно , а о том , КАК сделать это возможным .

[Kisa_AG]

В тех , которые попадались мне , слабый сигнал ( несколько единиц ) изрядно тонул в шумах и помехах даже при 16 битах , и это были не шумы осциллографа , а шумы именно ЦАПа , вот в чём фишка ... Так что , товарищи теоретики , до того момента , когда идеальная ступенька 24-битного ЦАПа на частоте 44,1 ( 88,2 ) кгц утонет в шумах осцилла - ещё дожить надо !

А в чем тогда фишка 24 битного ЦАПа, если его шумы в сотни раз больше уровня МЗР? Смысл?

[deemon]

А в чем тогда фишка 24 битного ЦАПа, если его шумы в сотни раз больше уровня МЗР? Смысл?

А ни в чём ! Нет в реальности таких ЦАПов ( звуковых ) . Насколько мне известно , максимально достижимое сейчас разрешение ( в полосе звуковых частот ) составляет примерно 20-21 бит для ЦАП и 19 бит для АЦП . Ни о каких 24 битах речи и быть не может . Те же АЦП и ЦАП , которые обеспечивают разрешение 24 бит - изготавливаются для измерительных целей , и работают на частотах дискретизации порядка десятков или сотен герц .

[Kisa_AG]

А ни в чём ! Нет в реальности таких ЦАПов ( звуковых ) . Насколько мне известно , максимально достижимое сейчас разрешение ( в полосе звуковых частот ) составляет примерно 20-21 бит для ЦАП и 19 бит для АЦП . Ни о каких 24 битах речи и быть не может . Те же АЦП и ЦАП , которые обеспечивают разрешение 24 бит - изготавливаются для измерительных целей , и работают на частотах дискретизации порядка десятков или сотен герц .

Правильно. И нафига ж тогда огород городить и смотреть что то там осциллографом, раз все равно понятно, что ничего осмысленного не увидишь?

[deemon]

А заниматься самодельными ЦАПами имеет смысл ради двух целей . Во-первых , совершенствовать свои познания в электронике , а во-вторых - научиться изготавливать такие ЦАПы , чтобы было что применять в Hi-End аппаратуре , когда нынешние модели мультибитных ЦАПов будут окончательно сняты с производства и заменены на дельта-сигму Да и потом , как мне кажется , хорошо собранное и отлаженное устройство такого типа вполне может и превзойти большинство звуковых интегральных ЦАПов . Всё-таки штучная сборка и настройка должна превосходить конвейер , по идее должно быть так . Разумеется , мы не говорим о сборке R-2R матрицы на резисторах МЛТ и ключах на КП303

Добавлено через 6 минут

Правильно. И нафига ж тогда огород городить и смотреть что то там осциллографом, раз все равно понятно, что ничего осмысленного не увидишь?

Так я же говорил , что смотреть надо в основном спектроанализатором ! А осциллографом - только тогда , когда смотришь именно то , что МОЖНО увидеть . Например , поведение ЦАПа на главном переходе , или форму глитча .

[фЕДОР ЧАЛЫЙ]

или форму глитча

А ЭТО как?

[deemon]

А ЭТО как?

Что значит КАК ? Подаёшь на ЦАП цифровой перепад , сигнал с ЦАПа на осциллограф , и смотришь глазами

[фЕДОР ЧАЛЫЙ]

Я про ФОРМУ.
Глитч имеет какую-то определенную форму?

[кекс]

deemon
Ни о каких 24 битах речи и быть не может
все это в шумах осциллографа утонет намного бит раньше

С самого начала об этом писал. Но цели создавать 24 битный ЦАП и не было. Речь шла о 20 битах максимум. Подобрать вручную резисторы с такой точностью можно без особых напрягов, используя неограниченный финансовый ресурс (в разумных пределах конечно), и 0.005% резисторы Vishay серии VSMP. Термостабильность будет просто бешенная. Ни на одной подложке ни одного кристалла именно из-за его маленьких размеров таких же показателей никогда недобиться. Мне вообще не известно ни одного интегрального изделия, которое бы имело TCR ± 0.05 ppm/°C. Сделать для этой матрицы печатку на керамике, поместить в термостат из меди и показатели превзойдут все ожидания.

Остаётся вопрос по УВХ, пожалуй одним из самых важных элементов на пути борьбы с джиттером. Например Madrigal в своих референсных процессорах, используя до этого оригинальные ЦАП Ultra Analog, перешла в своё время на PCM1704K, сохранив при этом такое же эталонное качество своих изделий. Произошло это после того как Ultra Analog стала принадлежать Wadia.

При этом в самой Madrigal открыто пишут, что наличие серийной микросхемы ЦАП (каковой является продукция BB) в составе их процессоров, без всей остальной схемотехники (какой именно, умалчивается) не значит ничего. А здесь и сверхстабильный генератор в медном термостате с джиттером меньше <1пс и тефлоновые печатные платы и те же резисторы Vishay ... Думаю УВХ там тоже свой.

На хоботе предложили использовать фемтосекундный лазер, чтобы апертурная нестабильность была заведомо ниже 1пс. Но с твердотельными пока напряг (может через год другой будет получше), есть конечно экземпляры и даже готовые конструкторы, но для конечного изделия всё это вряд ли подойдёт.

Такие ключи делают с оптическим управлением- фемтосекундный лазер палит в изолирующий промежуток между двумя электродами на поверхности полупроводника. Пока фотоносители живут в межэлектродном промежутке- ключ открыт

Напротив, твердотельные пикосекундные лазеры, имеют место быть. И аппертурная нестабильность их тоже приемелема (~0.5пс). Но ссылки на УВХ, построенных по такому принципу выявили недостаточный динамический диапазон. Тем не менее прогресс налицо. Думаю 10 лет назад подобных УВХ вообще не было. А потому современные достижения электроники могут послужить только наблаго.

[deemon]

deemon
Ни о каких 24 битах речи и быть не может
все это в шумах осциллографа утонет намного бит раньше

С самого начала об этом писал. Но цели создавать 24 битный ЦАП и не было. Речь шла о 20 битах максимум. Подобрать вручную резисторы с такой точностью можно без особых напрягов, используя неограниченный финансовый ресурс (в разумных пределах конечно), и 0.005% резисторы Vishay серии VSMP. Термостабильность будет просто бешенная. Ни на одной подложке ни одного кристалла именно из-за его маленьких размеров таких же показателей никогда недобиться. Мне вообще не известно ни одного интегрального изделия, которое бы имело TCR ± 0.05 ppm/°C. Сделать для этой матрицы печатку на керамике, поместить в термостат из меди и показатели превзойдут все ожидания.

Вот , именно так . Лично меня более всего разрядные ключи волнуют . Их , видимо , придётся параллелить для снижения сопротивления , подбирать по термокоэффициенту сопротивления , по времени переключения и ещё принимать меры по увеличению их линейности ...... вот где будет геморрой .

Насчёт УВХ . Тут фишка в чём - можно , конечно , применять и пикосекундную технику , но есть проблема - если импульс будет очень короткий , то и ёмкость в УВХ нужно выбирать маленькую , чтобы она успела зарядиться , а потом же она должна хранить заряд до следующей выборки . Слишком маленькая ёмкость приведёт к возрастанию влияния токовых шумов ОУ ..... тут тоже не так всё просто Я бы всё же подумал насчёт скоростных диодных ключей , там и фронт импульса можно сделать коротким , и длительность не слишком малую для звуковых применений . Ещё одна забавная идея - использовать в УВХ вакуумные диоды . Такой диод свободен от всех полупроводниковых эффектов , там ведь вообще ничего нет кроме электронов в вакууме ..... как бы там ни было - над этим можно подумать .........

Добавлено через 2 минуты

Я про ФОРМУ.
Глитч имеет какую-то определенную форму?

Как и любой импульс , он конечно же ИМЕЕТ форму Чёрт возьми , а разве может быть как-то по-другому ?

[nazar]

Полностью разделяю. В бытовых условиях это просто нереально. Даже в лабораторных условиях создания 24 битного ЦАП представляет огромную проблему.

Если бы ЦАП состоял только из резисторной матрицы...

Добавлено через 7 минут

А нормальный инженер - он думает не о том , почему это невозможно , а о том , КАК сделать это возможным .

Поставим вопрос по другому - зачем?

и 19 бит для АЦП

Для нормальных однобитовых СДМ побольше будет

Всё-таки штучная сборка и настройка должна превосходить конвейер , по идее должно быть так . Разумеется , мы не говорим о сборке R-2R матрицы на резисторах МЛТ и ключах на КП303

Представте себе настройку 24бит R-2R матрицы, когда токи всех разрядов взаимозависимы, Вы состаретесь скорее

[err_serhio]

Я в одном из промышленных частотомеров обнаружил генератор в термостате. таких у меня два .

[deemon]

Добавлено через 7 минут
Поставим вопрос по другому - зачем?
Представте себе настройку 24бит R-2R матрицы, когда токи всех разрядов взаимозависимы, Вы состаретесь скорее

Зачем это лично мне , я как раз писал выше . ИМХО , это достаточно веские причины , по крайней мере для меня .

Насчёт же настройки - тут всё не так мрачно . Нужно просто заранее выровнять все сопротивления в резисторной матрицы с нужной точностью , причём с учётом сопротивления ключей ( для этого можно использовать мостовые методы , простое измерение не даст нужной точности ) , а всю схему термостатировать . 24 бита не получится ........ а вот сколько получится - практика покажет . Я сейчас как раз этой темой занимаюсь , собираю опытный образец . Правда , только в свободное время , да и с доставанием нужных комплектующих у нас тут напряг ........ так что не знаю точно , когда будет готово . Но если что интересное получится - обязательно тут напишу . В принципе , я буду сильно разочарован , если не получится сделать честный 16-битный ЦАП , думаю , что на этом уровне все проблемы удастся решить . А вот дальше - чёрт его знает ........ вскрытие покажет
Кстати , ЦАП на резисторах - это только одно направление моих опытов . Кроме этого есть ещё две схемы ЦАП , которые я хочу опробовать . Одну можно назвать мультибитом , хотя и довольно странным ....... а вот вторая - совсем ни на что не похожа , аналогов вообще нет нигде . Вот если она даст хоть что-нибудь в реальности - это будет праздник !

[SashaNetrusov]

....к этой прецизионной матрице резисторов ещё прецизионные ключи нужны.....

[nazar]

а вот сколько получится - практика покажет

хорошо если 14 будет а глитч...ууу

[Nick]

хорошо если 14 будет а глитч...ууу

The DAC is a two-channel UltraAnalog D20400A, custom-made for Sonic Frontiers. The 20-bit D20400A is a combination of monolithic and discrete components in an encapsulated module. Each DAC is tested and calibrated by hand-soldering tiny metal-film trim resistors on the "rungs" of the DAC*s 20-bit "ladder" to achieve good low-level linearity.
http://www.stereophile.com/cdplayers/696sf/
Короче говоря - сделали на R2R гибридную микруху ещё до 1996 года. Получилось 20 бит.

[alex74]

Короче говоря - сделали на R2R гибридную микруху ещё до 1996 года. Получилось 20 бит.

Да, но не дома на коленках они её делали.

[Slava!!!]

Еще вариант для мазохистов - дискретный потенциометр на 2^n положений. Что приятно - монотонность обеспечивается автоматически, нелинейность будет приемлемой даже на МЛТ и КП303. Что неприятно - сделать это в приемлемых габаритах и за приемлемые деньги весьма проблематично...

[Kisa_AG]

Еще вариант для мазохистов - дискретный потенциометр на 2^n положений. Что приятно - монотонность обеспечивается автоматически, нелинейность будет приемлемой даже на МЛТ и КП303. Что неприятно - сделать это в приемлемых габаритах и за приемлемые деньги весьма проблематично...

А скорость работы такого "сооружения"??? Или емкости у нас уже мгновенно перезаряжаются? Так что оно в лучшем случае даст несколько сотен герц с приемлемой точностью. При высокой частоте переключений время установления будет давать огромную погрешность. Дружно вспоминаем знаменитый дискретный ЦАП времен становления цифрового аудио - ковокс.

[Lynx]

перешла в своё время на PCM1704K, сохранив при этом такое же эталонное качество своих изделий. Произошло

ML30.6 на РСМ1704 звучит существенно хуже ML30.5 на D20400. Более того, я имел возможность напрямую сравнить модуль от 30.6 (на паре 1704, кстате, в нем УВХ нет и в помине и реализована типовая схема включения ЦАПов с I\U на ОРА627АР) с D20400A в ЦАП Lynx30. Модуль на 1704 по всем характеристикам - как объективным, так и субъективному звучанию существенно уступил D20400.

Термостабильность будет просто бешенная. Ни на одной подложке ни одного кристалла именно из-за его маленьких размеров таких же показателей никогда недобиться

Полная ерунда. Абсолютной термостабильности - да, а вот относительная термостабильность благодаря высочайшей идентичности резисторов, выполненных в едином техпроцессе будет как минимум на порядок - два выше любой конструкции из дискретных резисторов.
недаром, например, для тех же d20400 измерение параметров регламентируется после 15-минутного прогрева при установившейся температуре корпуса +35С.

Ещё одна забавная идея - использовать в УВХ вакуумные диоды

Такая же ерунда. Большое время пролета электронов и огромная его дисперсия за счет разности начальных скоростей электронов.

Короче говоря - сделали на R2R гибридную микруху ещё до 1996 года.

Такая же ерунда. Не стоит говорить того, что не знаете. D20400 вовсе не R-2R дискретная матрица, а комбинация 14-разрядного интегрального ЦАП с довеском из 6-разрядов. ЦАП работает на младших разрядах, довесок - на старших, сигналы управления формируются масочным заказным ПЗУ производства OKI semiconductor. Очистку от глитча обеспечивает доп. УВХ с оппозитными ключами и компенсацией инжектируемого заряда.