Построение аудио АЦП для себя любимого

[svolkovoy]

про ЦАПы уже 2 ветки наплодили - начнем про АЦП.
Итак первое - какие изделия из сигма дельт лучше? Вообше и из имеющегося в наличии (ад1871 и пцм1804).
если делать на АЦП последовательного приближения (есть ад7679 и адс8382) то надо ли делать передискретизацию и цифровую фильтрацию для понижения частоты до нужной? Пока все, потом начнем про входные каскады и т.д. и т.п.

[sia_2]

Лучше без шумоформирователей и математических компромиссов:
https://www.head-fi.org/threads/hi-f...-delta.747265/

По ссылке написана полная херня. В цифровой звукозаписи как раз сначала в основном и использовались SAR со всеми их проблемами - дифнелинейностью и плохим SNR, и их на рубеже 1990-х годов вытеснили - причем именно благодаря лучшему качеству звука - нормально сделанные сигмадельты. Несмотря на то, что сигмадельиы в то время делались "на россыпи" и были дороже, а не дешевле SAR. Просто сейчас мы имеем типичный "закат отрасли", когда соображения экономии мозгов и всего, чего только можно, превалируют над любыми абстрактными соображениями.
Вот первый коммерческий 18-бит АЦП, разработанный Робертом Адамсом для DBX. 1988 год. Два заказных чипа на один канал.
Четыре бита с оверсэмплингом 128.

[dortonyan]

Несмотря на то, что сигмадельиы в то время делались "на россыпи" и были дороже, а не дешевле SAR.

"дороже" - видимо, имеется ввиду по сравнению со стандартными SAR интегральными решениями. Потому что SAR в общем-то тоже можно было сделать покруче: с конвейеризацией, калибровкой и прочими делами. Просто это было бы еще более громоздко, сложно и дорого, чем СД на россыпи.

[sia_2]

"дороже" - видимо, имеется ввиду по сравнению со стандартными SAR интегральными решениями. Потому что SAR в общем-то тоже можно было сделать покруче: с конвейеризацией, калибровкой и прочими делами. Просто это было бы еще более громоздко, сложно и дорого, чем СД на россыпи.

У SAR принципиальная проблема с SNR: полоса пропускания (и, соответственно, шумовая полоса) устройства сравнения и ЦАП должна быть примерно на полтора-два порядка шире, чем полоса сигнала. А у сигмадельт перед квантователем стоит петлевой фильтр с усилением, полоса которого примерно равна полосе сигнала.
Поэтому динамический диапазон больше, чем примерно 103-105 дБ в аудиополосе как на SAR, так и на Вилкинсоне получить в то время было невозможно, да и сейчас не намного лучше. А сигмадельты - давали больше. Плюс гораздо лучшее поведение сигмадельт на малых уровнях - отсутствие дифференциальной нелинейности при правильном проектировании. Именно поэтому АЦП у Ultra Analog был именно сигмадельта, несмотря на то, что ЦАП - "классический".
Основная сложность сигмадельт в то время была в двух моментах: первый, сложности проектирования сигма-дельта модуляторов хорошего качества (оно во многом полуэмпирическое, и требовало очень больших по тому времени затрат на компьютерное моделирование, до появления машин на 486 это было почти нереально для маленьких компаний), и второй - корректная цифровая фильтрация получаемого потока данных. Дешевые и мощные ПЛИС появились только в начале 2000-х.

[IVX]

У SAR принципиальная проблема с SNR: полоса пропускания (и, соответственно, шумовая полоса) устройства сравнения и ЦАП должна быть примерно на полтора-два порядка шире, чем полоса сигнала. А у сигмадельт перед квантователем стоит петлевой фильтр с усилением, полоса которого примерно равна полосе сигнала.
Поэтому динамический диапазон больше, чем примерно 103-105 дБ в аудиополосе как на SAR, так и на Вилкинсоне получить в то время было невозможно, да и сейчас не намного лучше. А сигмадельты - давали больше. Плюс гораздо лучшее поведение сигмадельт на малых уровнях - отсутствие дифференциальной нелинейности при правильном проектировании. Именно поэтому АЦП у Ultra Analog был именно сигмадельта, несмотря на то, что ЦАП - "классический".
Основная сложность сигмадельт в то время была в двух моментах: первый, сложности проектирования сигма-дельта модуляторов хорошего качества (оно во многом полуэмпирическое, и требовало очень больших по тому времени затрат на компьютерное моделирование, до появления машин на 486 это было почти нереально для маленьких компаний), и второй - корректная цифровая фильтрация получаемого потока данных. Дешевые и мощные ПЛИС появились только в начале 2000-х.

люблю такие посты, коротко, ёмко, хоть сейчас в вики.

[Эзотехник]

У SAR принципиальная проблема с SNR:

Наоборот уже:

Источник:
"Analog-to-digital conversion beyond 20 bits
Nikolai Beev
CERN – European Organization for Nuclear Research"

А это с diyaudio.com, причём сравнение "в лоб", а можно было полосу разменять на SNR цифровым фильтром из 1,5 МГц:


---------- Сообщение добавлено 16:24 ---------- Предыдущее сообщение было 16:14 ----------

и их на рубеже 1990-х годов вытеснили

В 1992-93 первые такие АЦП студийные: Prism AD-1, Apogee AD500.
До этого звук был живее (dU/dt хватало, 1 сэмпл не тянул за собой 100 соседних) и компрессоры использовать не хотелось глухим звукорежикам.

Микросхемы PCM1760, AD1879 (S-D типа) только в 1993 г. разработаны были и преодолели шумы 16 бит.
PCM1750 - 18 бит SAR, 1990 г.

[dortonyan]

PCM1750 - 18 бит SAR, 1990 г.

На заявленный уровень THD посмотрите: 90дБ, т.е. 15 бит. И самое главное, что на любых уровнях, т.е. это диф. нелинейность. Конечно сегдня это все в цифре элементарно калибруется, но по тем временам - та еще задачка.

[sia_2]

На заявленный уровень THD посмотрите: 90дБ, т.е. 15 бит. И самое главное, что на любых уровнях, т.е. это диф. нелинейность. Конечно сегдня это все в цифре элементарно калибруется, но по тем временам - та еще задачка.

Из монолитных SAR того времени лучшим был от AD, AD677, он чуть меньше шумел и у него была встроенная калибровка дифнелинейности. Реальные почти 16 бит лучше рекламных 18 (с фактическими 15). Но что 1750, что 677 по SNR давали только 90-92 дБ, причем у хороших экземпляров. Сигмадельты сразу добавили к этому примерно 12 дБ (AD1879), а когда появился CS5397, а потом гораздо более холодный AK5394, то все эти SAR забылись как страшный сон. И сегодня разрыв сохраняется. Лучший современный SAR LTC2380, у которого под конденсаторы отведена бОльшая часть площади кристалла (шум обратно пропорционален корню их емкости), проигрывает по SNR (после децимации в 32 раза дает 114-115 дБ) примерно 12 дБ современной сигмадельте ESS, сделанной без особых изысков и дающей 126 дБ, причем по THD/IMD ESS тоже лучше. Основной прогресс тут связан с повышением удельной емкости интегральных конденсаторов на единицу площади, вплоть до использования многослойных конструкций. Размер кристалла в современных корпусах часто увеличивать уже некуда

[IVX]

кстати ES9822 кремний немаленький, практически макс размер который только поместится в QFN 5x5mm. Я вынул его из пластика, у наиболее гадкого экземпляра сфоткать.

[sia_2]

Угу. А вот когда нужен не очень большой динамический диапазон, децибел 100-105 - современная сигмадельта укладывается в небольшой размер (емкости-то для этого нужны примерно в сотню раз меньше) и жрет десятые доли милливатта. Ессно, это не отдельная микросхема (у которой входные/выходные буфера сожрут больше) а кусок чего-то более сложного.

[IVX]

нашёл картинку, снимал правда без аккуратности. Просматривается симметрия на 2, хотя чип этот как и 9842 4х канальный, вероятно только входных буферов не 4, а всё же 2, но АЦП внутри 4шт.

[sia_2]

Большие серые фигуры - конденсаторы, фиолетовая вязь снизу - цифровой фильтр. Проектные нормы не особо мелкие, судя по фото по расстоянию между шинами питания в цифровой части - похоже, что еще грубее, чем даже дешевые 0,35, считая что размер кристалла примерно 2.5х3 мм.

[IVX]

вроде и не выбрасывал, но где это лежит сейчас, не представляю так что померить размеры не могу, помню только, что впритык и толщина как бритва. Вообще говоря, это стало уже неприятной проблемой, когда ты не можешь чего-то найти дома/на работе, поскольку много всего и память верна - это где-то есть, и ещё примерно 20шт осталось, но настолько тяжело всё перекапывать, что просто заказываешь ещё и ждёшь завтра доставку. Потом находишь те остатки и бьёшь себя в лоб, вспоминая абсолютно всю цепь действий, почему я положил что-то и именно туда. Пытался вкладывать в действия логику, чтоб в будущем быстрее найти, но всегда мимо ))

[Эзотехник]

примерно 12 дБ современной сигмадельте ESS, сделанной без особых изысков и дающей 126 дБ

Lavry Savitr на ESS без глючного USB и ценой 8 килобаксов только старшие 50-55 дБ муз. сигнала точно передаёт в связке с "24-битными" S-D ЦАП, т.к. вы не учли временнУю точность и автокорреляцию сэмплов.
Т.е. подпеваете маркетологам, которые гипнотизируют не столь нужными цифре высокими параметрами SNR и THD 1kHz. Неспособность резать всё выше половины частоты дискретизации на -144 дБ тоже влияет.

"Most literature on the performance of Sigma Delta architectures is about the SNR. The SFDR is usually left out from analysis, as the random, non-linear nature of the architecture makes both analytical approach as well as simulations very hard."
https://essay.utwente.nl/61335/1/MSc_PI_Bicker.pdf

Шумы были важны для аналоговых схем. Достигли порога неслышимости (или втрое лучше микрофонов) - можно остановиться.
На dastereo.ru 16-битные SAR оцифровки винила нахваливают.

---------- Сообщение добавлено 13:08 ---------- Предыдущее сообщение было 13:02 ----------

то все эти SAR забылись как страшный сон.

AD7679 хвалил Андронников: https://forum.vegalab.ru/showthread....ll=1#post81782

[i.overko]

то все эти SAR забылись как страшный сон.

конечно, учитывая насколько плохого качества звука получался выходной материал.
Чудно что на соневских интегрирующих АЦП с качеством все было хорошо, но какого лешего потом пошла недолгая эра отстойных записей сделанных на SAR АЦП, и чуть позже опять настали времени хороших оцифровок с СДМ АЦП (до 5397 видел хороший двухчиповый вариант у сони).

[sia_2]

конечно, учитывая насколько плохого качества звука получался выходной материал.
Чудно что на соневских интегрирующих АЦП с качеством все было хорошо, но какого лешего потом пошла недолгая эра отстойных записей сделанных на SAR АЦП, и чуть позже опять настали времени хороших оцифровок с СДМ АЦП (до 5397 видел хороший двухчиповый вариант у сони).

Да, Вилкинсон (интегрирующие АЦП) звучал хорошо, именно за счет очень малой дифференциальной нелинейности. Собственно именно интегрирующие АЦП, типа того, что стоял в Sony PCM-F1, и позволили впервые обеспечить качественный цифровой звук. Но с отношением сигнал/шум там еще бОльшие проблемы, чем у SAR, так как быстродействие компаратора требуется еще выше. Предел того, что удавалось выжать из Вилкинсона с оверсэмплингом 2 - примерно 103-105 дБ, причем ценой капризной россыпной конструкции с большими напряжениями и токами. Для справки, динамический диапазон с микрофона - легко достигает 120-130 дБ, поэтому, учитывая микширование как минимум десятка каналов, АЦП с динамическим диапазоном меньше 105...110 дБ просто непригоден для многоканальной первичной записи (хотя уже сведенную и скомпрессированную по динамическому диапазону стереопару можно записать и с 80-90 дБ).
Современные state-of-the-art АЦП для цифровых пультов имеют динамический диапазон больше 150 дБ. В концертном зале Зарядье такой пульт стоит.

p.s. Справедливости ради, большинство проблем с "цифровыми искажениями" создавали, как это ни странно, не АЦП, а топорный софт для редактирования и микширования. БОльшая его часть все 1990-е годы была просто ужасной в этом отношении, искажения усечения в цифровых эквалайзерах легко доходили до -70 дБ (а это меньше 12 бит).

[i.overko]

p.s. имхо именно с цифровыми искажениями главную злую шутку чуть позже сыграли отстойные SRC при конвертации 96\48 -> 44.1.

[Эзотехник]

Современные state-of-the-art АЦП для цифровых пультов имеют динамический диапазон больше 150 дБ.

Как называются, может узнавали?
И зачем столько нужно современным "очень самоуверенным" звукорежикам? У них без множества компрессоров-лимитеров трактов нет и пофиг нелинейности - сами добавят, ибо шит-контроль важнее.

БОльшая его часть все 1990-е годы была просто ужасной в этом отношении, искажения усечения в цифровых эквалайзерах легко доходили до -70 дБ

Multi-stage noise shaping - не та ли хрень что многократное подмешивание шума в сигма-дельта преобразователях? Что после этого от полезного сигнала остаётся?
И вы вместо того, чтобы предложить максимально жёсткий тест SAR против SD, м.б. SFDR или автокорреляцию на белом шуме, защищаете бракоделов, у которых амплитуда единичного импульса достигает 0,5...0,8 "по желанию левой пятки".
Из даташита распоследнего развлекательного АЦП ESS, где маркетологи высокими цифрами SNR запудрили мозги _{(или сварили мегагерцами помех?)} даже инженерам:

[i.overko]

Господи, какой фееричный бред. Санитары, дайте ему таблетку.

[Alex]

Таблетка тут не поможет.

[Эзотехник]

Картинка для тупиц коммерчески заинтересованных лиц, повтор. Два 16-битных преобразователя Analog devices.

Вероятно поэтому только старшие 55 дБ музыки точно проходят через дельтасигменные "камертоны" (из ЦАП в АЦП), уступая 18-битному старью с 80 дБ "битперфектности".

Единичный импульс для 16 бит это 2^15=32768, а не примерно 15...25 тыс.