PurePath Digital от TI

[Костя Мусатов]

Сталкивался ли кто с реализациями усилителей на решениях по этой технологии. Как они звучат, может кто знает подводные камни. В общем, интересно все. Интересно решение усилителя без перехода в аналог до динамика.


tas5001.pdf
tas5352.pdf

[Prophetmaster]

Костя Мусатов,
Может я чего не понимаю, но это обычный класс D, похоже. ЦАП, ШИМ модуляция и C-L фильтры на выходе УМ. Константин, зачем Вам это?

---------- Добавлено в 11:05 ---------- Предыдущее сообщение в 11:03 ----------

Интересно решение усилителя без перехода в аналог до динамика.

Насколько я понял, второй чип, на котором написано 5001 Equibit Modulator - это ЦАП.

[fakel]

Делал усь класса D с цифровым входом на программируемом таймере 155й серии. Сигнал шел с порта LPT (о USB тогда только мечтали). Звук ничем особым не отличался - D он и в Африке D. Впрочем, качество было не важно, важна была способность уся вещать на сеть из распределенных радиоточек

[Костя Мусатов]

Может я чего не понимаю, но это обычный класс D, похоже. ЦАП, ШИМ модуляция и C-L фильтры на выходе УМ. Константин, зачем Вам это?

Слово "обычный" тут не очень применимо. Да, это класс Д, но развитие темы идет весьма быстро.

Насколько я понял, второй чип, на котором написано 5001 Equibit Modulator - это ЦАП

Это ШИМ модулятор. Этот я привел для примера. Сейчас есть более продвинутые.

Делал усь класса D с цифровым входом на программируемом таймере 155й серии.

Не надо сравнивать

[ZugDuk]

Костя Мусатов,
Как усилить ШИМ и не наплодить искажений, вот в чем вопрос.

[Костя Мусатов]

Как усилить ШИМ и не наплодить искажений, вот в чем вопрос.

Если посмотреть даташиты, то с искажениями там все достаточно честно представлено. Однако я знаю, что такой уровень искажений не особо критичен, гораздо критичнее другие виды искажений, которые в даташитах не представлены. ШИМ усилители с аналоговым входом весьма критичны именно аналоговыми цепями. Тут аналоговых цепей нет. ШИМ модулятор преобразует PCM сигнал в ШИМ. Если бы питание такого усилителя было бы идеально, то я бы много очков бы дал такому усилителю заочно. Однако тут есть завязка на питание, которая учитывает реальное питание для управления ШИМ модулятором. Носколько это хорошо или плохо реализовано - вот в чем вопрос. Если бы этот усилитель сделали бы китайцы, то я, может, и не обратил на него внимания. Однако ТИ - уважаемая фирма и к ее решениям стоит присмотреться. Знаю, что Мацушита сделала свои модули на этом чипсете, но и на них я не нашел откликов.

[ZugDuk]

Если посмотреть даташиты, то с искажениями там все достаточно честно представлено. Однако я знаю, что такой уровень искажений не особо критичен, гораздо критичнее другие виды искажений, которые в даташитах не представлены.

Я особо даташиты на микросхемные варианты не рассматривал, как то заранее считая, что там точно не топ уровень.
Какие искажения ты имеешь в виду из тех что нет в даташитах ?

Пока расскажу что себе представляю о ШИМ усилке и требованиям к его точности.

Изначально у нас 16ти битный сигнал. Качественным его воспроизведением будет допущение ошибки в один младший разряд. Так называемая 15ти битовая точность, которая есть во многих ЦАПах и они при этом хорошо звучат.
Что такое ошибка в один младший разряд ? Вот есть например ШИМ сигнал частотой 500кГц. Площадь под его заполнением, согласно теории ШИМ, отражает амплитуду получаемого на выходе сигнала. У нас возможных вариантов амплитуд 2 в 16-ой = 65536. Значит 1 полный период ШИМ, частотой 500кГц мы должны как бы поделить на 65536 частей. Получатся очень маленькие такие "ячейки" с очень резкими фронтами. Эти фронты должны быть нарисованы нашим усилителем ровно. В этом случае он не будет давать искажений. Идеально ровно невозможно, но мы решили, что имеем право на ошибку в один младший разряд. Т.е. фронт может быть косым, но чтобы не более чем в одну ячейку. Ну а какой усилитель способен нарисовать фронты с такой точностью ? ИМХО только радиочастотный (типа тех, что на спутниках нам ТВ сигнал вещают). Полоса частот ИМХО должна быть как раз 500 кГц * 65536 = 32 ГГц. Всего ничего
Это в идеале, если дроссель на котором демодуляция будет происходить линейный, да питание идеальное (PSRR то у нас = 0).
Ну еще громкость не понятно как регулировать, питанием не хорошо, разрядностью в цифре недопустимо. Остается только делать мостовой усилок и кроме основной модуляции еще как то регулировать количественно фазность/противофазность в плечах.

Что то как то грустно. Надеюсь, что я ошибаюсь и все проще.

[Костя Мусатов]

Нет. Если мы хотим сохранить точность до 20 кГц, то именно их надо брать как базовую в расчетах, а не частоту модуляции, которая там 384кГц.
Поскольку такой усилитель не может не иметь ООС в связи с тем, что в формуле выходного напряжения участвует напряжение питания, то неидеальность фронтов может быть скомпенсирована этой же ООС.

[vladimir_ar]

tas5001.pdf
tas5352.pdf

Лежат дома уже несколько лет. Что делать с ними? Оконечнику нужен уже шим, а к контроллеру управление и весь остальной огород - банально лень.

---------- Добавлено в 22:50 ---------- Предыдущее сообщение в 22:44 ----------

Немного соврал - подобные TAS5518, TAS5261.
Из просто ШИМ-усилителей TPA032D01/TPA032D04/TPA3001D1/TPA3004D2 - но так и не включал, даже не знаю, как звучат.

[ZugDuk]

Лежат дома уже несколько лет. Что делать с ними? Оконечнику нужен уже шим, а к контроллеру управление и весь остальной огород - банально лень.

А мне Бог послал ДС модулятор, т.е. как раз есть ШИМ, но нет всего остального.

Нет. Если мы хотим сохранить точность до 20 кГц, то именно их надо брать как базовую в расчетах, а не частоту модуляции, которая там 384кГц.

Почему ? Амплитуда звука ведь зависит от площади под заполнением, которая выражается в процентах. А частота несущей вообще ни на что не влияет. Т.е. она выходит чем ниже, тем лучше, потому что транзистору легче успеть нарисовать более низкочастотный фронт. Так что в идеале она должна быть ровно 44.1кГц. Но отфильтровать такое не получится, по этому ее сделали в 8 раз больше. Но транзисторам соответственно в 8 раз сложнее.

Поскольку такой усилитель не может не иметь ООС в связи с тем, что в формуле выходного напряжения участвует напряжение питания, то неидеальность фронтов может быть скомпенсирована этой же ООС.

Наоборот такой усилитель не может иметь ООС, потому что в цифре она выйдет тормозная и плохая, следовательно звук убогий. А вот без ООС ШИМ как раз прекрасно работает и хорошо звучит. Мой ЦАП так работает и я слушаю его прямо сейчас Это малые сигналы, но суть та же.

[vladimir_ar]

А мне Бог послал ДС модулятор, т.е. как раз есть ШИМ, но нет всего остального.

Были мысли. А потом занялся ИТУН и ШИМ отпал, поскольку как сделать без ООС в ШИМ ИТУН я не придумал.

[ZugDuk]

поскольку как сделать без ООС в ШИМ ИТУН я не придумал.

Резюк Много тепла, но зато качественно.

[Костя Мусатов]

Почему ? Амплитуда звука ведь зависит от площади под заполнением, которая выражается в процентах. А частота несущей вообще ни на что не влияет. Т.е. она выходит чем ниже, тем лучше, потому что транзистору легче успеть нарисовать более низкочастотный фронт. Так что в идеале она должна быть ровно 44.1кГц. Но отфильтровать такое не получится, по этому ее сделали в 8 раз больше. Но транзисторам соответственно в 8 раз сложнее.

Представь себе однобитный дельтасигма цап. Там с частотой 3 с копейками МГц идут 0 и 1. За счет интегрирования получашь разрешение, хотя количество импульсов на период 20кГц небольшое. Так и тут, можно получить большую точность за счет того, что в разных циклах будет несколько разная длительность. Да, там указано, что используется нойс-шейпинг 5-го порядка для получения 110дБ разрешения в звуковом диапазоне.

[ZugDuk]

Представь себе однобитный дельтасигма цап. Там с частотой 3 с копейками МГц идут 0 и 1.

С частотой 2.8224 МГц там ШИМ сигнал Смотри картинку. Единственное в чем я не уверен, способны ли эти уровни так резко прыгать, как я нарисовал, или же они обязаны плавно изменятся.

За счет интегрирования получашь разрешение

Интегрирование в простонародье фильтрация, а в данном случае преобразователь ШИМ в аналог. Разрешение на этом этапе можно только ухудшить, если пассивные элементы будут с нелинейностью.

З.Ы. Может у меня какой то ЦАП не правильный ?

[Костя Мусатов]

Видишь в чем дело. Если у тебя RC фильтр - то бишь первый порядок фильтрации, то все так. Однако повышение порядка меняет картину. Если первая 1 в последовательности увеличивает интеграл на 1, то вторая уже на 2. Т.е. важно не только сколько 0 и 1 прошло за время, но и в какой последовательности.

[ZugDuk]

Видишь в чем дело. Если у тебя RC фильтр - то бишь первый порядок фильтрации, то все так. Однако повышение порядка меняет картину. Если первая 1 в последовательности увеличивает интеграл на 1, то вторая уже на 2. Т.е. важно не только сколько 0 и 1 прошло за время, но и в какой последовательности.

Т.е. модулятор должен быть заведомо заточен под определенный порядок фильтра ?

З.Ы. Что такое интеграл ? (в данном контексте)

[Костя Мусатов]

Неплохо расписано тут: http://www.beis.de/Elektronik/DeltaS...eltaSigma.html
Интеграл имеется в виду с учетом порядка. Как я понимаю, использование выходного фильтра ниже порядка чем при модуляции приводит к тому, что уровень зазвуковых помех становится больше чем надо, но, поскольку динамик не излучает их, то проблема не проявляется. Однако я так и не понял, улучшится ли передача ВЧ компонентов, если на выходе цифрового усилителя поставить фильтр большего порядка или завал АЧХ динамиков создает акустический фильтр даже большего порядка.

[ZugDuk]

Костя Мусатов,
Ссылку посмотрел. Там про устройство модуляторов. Но по инглишу, мне нужно толпу времени, чтобы это прочитать.
А зачем это все знать ? Мы же не собираемся делать дискретный ДС модулятор. Нам нужно просто усилить ШИМ по напряжению и току, не исказив при этом фронты. Потом отфильтровать. Так и не понял, что такое интеграл, но по моему фигня это все. Есть несущая, есть низкочастотная составляющая, которую нужно сохранить. Все остальное убрать. Обычная фильтрация поддается обычным законам для фильтров, которые все знают. И нет больше никаких сущностей

Как я понимаю, использование выходного фильтра ниже порядка чем при модуляции приводит к тому, что уровень зазвуковых помех становится больше чем надо, но, поскольку динамик не излучает их, то проблема не проявляется. Однако я так и не понял, улучшится ли передача ВЧ компонентов, если на выходе цифрового усилителя поставить фильтр большего порядка или завал АЧХ динамиков создает акустический фильтр даже большего порядка.

Нужна реактивность, иначе будет много потерь в тепло. Ну и срач от проводов, идущих к акустике. телевизор смотреть точно не сможешь (мне ЦАП с ШИМ приходится выключать, иначе полосы на экране и шайбу не видно ) Представляешь, что будет, когда все это вырастет в напруге и токе ?

На счет требований, чтобы высокие нормально звучали, я пока остаюсь при своем мнении, которое из поста 7.

В цифровую ООС не верю. Точно все угробится. Вот отзыв о прослушивании усилка с цифровой ООС. http://www.home-highend.ru/hi-end/46.htm

[Костя Мусатов]

Нужна реактивность, иначе будет много потерь в тепло. Ну и срач от проводов, идущих к акустике. телевизор смотреть точно не сможешь (мне ЦАП с ШИМ приходится выключать, иначе полосы на экране и шайбу не видно ) Представляешь, что будет, когда все это вырастет в напруге и токе ?

Второй порядок там по-любому есть. Импульсные схемы не прощают халтуры в разводке. Вот интересная мысль. Коли импульсные схемы при неправильной разводке излучают много в эфир, то и обычные схемы так же делают это, а, значит, и они теряют энергетику. Получается, что HiEnd аналоговую схему надо разводить как импульсную

В цифровую ООС не верю. Точно все угробится. Вот отзыв о прослушивании усилка с цифровой ООС. http://www.home-highend.ru/hi-end/46.htm

К сожалению, информативность этого отчета близка к нулю. Автор не разобрался что он слышит, что хочет услышать, что должно или не должно. Он просто спроецировал услышанное на свою матрицу восприятия и выдал поток сознания.

[Nikolay_Po]

Неплохо расписано тут: http://www.beis.de/Elektronik/DeltaS...eltaSigma.html

Да, неплохо. Спасибо за ссылку - освежил знания.

Как я понимаю, использование выходного фильтра ниже порядка чем при модуляции приводит к тому, что уровень зазвуковых помех становится больше чем надо, но, поскольку динамик не излучает их, то проблема не проявляется.

Я тоже так думаю. Есть ещё момент - разные фильтры по-разному влияют на фазу в верхнечастотной части звукового диапазона. Если разница между фильтрами разного порядка в диапазоне ЗЧ незначительна (критерии значительности указать затрудняюсь), то разницы между фильтрами разного порядка не будет.

Однако я так и не понял, улучшится ли передача ВЧ компонентов, если на выходе цифрового усилителя поставить фильтр большего порядка или завал АЧХ динамиков создает акустический фильтр даже большего порядка.

Звал АЧХ динамиков (если иметь ввиду АЧХ преобразования электрической мощности в акустическую) конечно будет больше, чем даёт НЧ фильтр 2-го порядка (за большие порядки не скажу - не проверял).
Болшую важность, на мой взгляд, имеют не завалы АЧХ, а нелинейности, возникающие в элементах тракта под воздействием ВЧ-токов. Вот тут разница в порядках фильтров может встать во всей красе.
Вопрос в том, что имеет большую нелинейность - индуктивности и ёмкости фильтра внутри УМ, или провода, фильтр и катушки АС. Это, по-моему, определяющий фактор.
Вполне может быть, что подключив хорошую АС с качественными компонентами и проводами напрямую к выходу мощного битстриа, удасться получить непревзойдённый звук и большой уровень ВЧ-помех в эфир. С другой стороны, так же вероятно, что без фильтра или с фильтром низкого порядка, нелинейности в проводах, разъёмах и динамиках будут давать существенные искажения.
Кроме нелинейностей и ВЧ-помех, есть ещё такая, существенная в моём понимании вещь, как выходное сопротивление фильтра (импеданс, что ли), которое сложно сделать низким у фильтров высокого о порядка. Чем большего порядка фильтр (при большем подавлении ВЧ, разумеется), тем больше вносимое фильтром в цепь АС сопротивление - меньше фактор демпфирования АС. Правда, расчётом и изготовлением мощных пассивных фильтров давно не занимался и могу ошибаться принципиально. С учётом частотной зависимости сопротивления фильтра, фильтр может по-разному влиять на работу разных АС.
Учитывая вышесказанное, считаю, что на мощном битстрим-выходе должен присутствовать как минимум ФНЧ 2-го порядка с индуктивностью и ёмкостю, обладающими максимальной линейностью. Это может быть индуктивность без сердечника. Первая задача фильтра - обеспечить необходимое подавление ВЧ-помех (чтобы были допустимы в эфире), не внеся в тракт лишнего сопротивления в диапазоне ЗЧ. Как-то так.

---------- Добавлено в 11:29 ---------- Предыдущее сообщение в 11:16 ----------

Импульсные схемы не прощают халтуры в разводке. Вот интересная мысль. Коли импульсные схемы при неправильной разводке излучают много в эфир, то и обычные схемы так же делают это, а, значит, и они теряют энергетику. Получается, что HiEnd аналоговую схему надо разводить как импульсную

И я об этом же! Давно говорю, правда, в "не хайэнд" темах про TDA7293/4 и LME48930!

Offтопик:
Всегда, любому проводнику, хоть с сигналом, хоть с питанием, должен соответствовать обратный провод, по которому ток сможет вернуться назад. При этом провода "туда" и "назад" должны образовывать контур минимальной площади.
Не должно быть путей силового тока "по земле": ток должен придти по проводу из витой пары питания, пройти через активный элемент, уйти в витую пару АС, вернуться из витой пары АС и уйти обратно в витую пару питания. Земля нужна только для уравнивания потенциалов между каскадами/блоками. Никаких силовых токов по земле проходить не должно!
Сигналы между каскадами и блоками, а так же питание, следует передавать (подавать) или в парах, или коаксиальными кабелями, в каждом случае обеспечивая максимально близкие пути тока "туда" и "обратно".