Дилетантский вопрос про sigma-delta

[tomtit]

Вот наскоро сочинил примитивную модель однобитного сигма-дельта модулятора 4-го порядка,
подал на вход синус 20-бит проапсэмпленный до 256*Fs.
Смотрите что получилось ...
Почему никто не использует столь простой подход ?
Ищем грабли ..., учим теорию.

[sia_2]

.......
После этого просто забить на дизеринг и прочие хитрости.
И весь модулятор с апсэмплером х8->х512 помешается на 1 страницу исходника.
Чего-то даже не верится, блин ...

Ага, а что тогда патентовать или хотя бы публиковать в виде умной статьи будем? Нее, "такой хоккей нам не нужен" (С) Николай Озеров.

[tomtit]

Pokos, а откуда такая большая неопределенность? Я полагаю, что надо просто взять простые Д-триггеры 74LVC2G74, как доступные,
самые быстрые и имеющие зверски мощный выход. Главное - сделать все дифференциально-мостовое, для симметрии и, главное -
постоянного потребления тока из опоры. На ВЧ тоже все будет ОК, если сохранить по 2 перехода на бит. Разброс резисторов (порядка 0.001)
сумматора совершенно пофигу - они все обычно участвуют в формировании выхода равное время.
Можно еще посмотреть на экзотику типа, состряпать выходные триггера из аналоговых компараторов, CML логику и.т.д. но в итоге вряд ли
будет лучше.

[s_valentin]

tomtit, с интересом читаю ваши посты, т.к. тоже изучаю данный вопрос, правда дальше моделей пока не зашло. Поэтому к вам вопрос - оценивали логическую сложность проекта, т.е. потребную емкость ПЛИС для реализации ЦФ+ДСМ? В чем моделировали каскадные FIR фильтры 2x-4x-8x?

[krulfa]

На очередном витке спирали понимания ДС модуляторов возврашаюсь к
крамольной мысли, а не вернуться ли к идее высказанной в посте в посте #1?
То есть, наплевать на умные статьи и изощренные архитектуры и решить все грубой силой.
Взять частоту клока модулятора 1024х, сделать однобитный ДСМ 4-го порядка по структуре CIFB -
цепочка интеграторов с ОС. Оверсемплинг получится 512х, что сразу дает фору 48дБ по сравнению с мультибитными решениями.
И весь модулятор с апсэмплером х8->х512 помещается на 1 страницу исходника.
Чего-то даже не верится, блин ...

Оверсэмплинг не получится. DS модулятор решает проблему линейности преобразования, однако для оверсэмплинга по-прежнему нужен фильтр. Если подать на вход такого DS модулятора, например, 44.1/32, то он даст нужную линейность, но при этом, благодаря своей широкой полосе, аккуратно воспроизведет все алиасы исходного дискретного сигнала. Выходной сигнал будет эквивалентен отсутствию передискретизации, или 1x.
То есть сначала ставить фильтр передискретизации, например, 16x/48, что уже требует мощной ПЛИС, а потом модулятор с частотой еще минимум x16, лучше x32, чтобы "пройти над" алиасом сигнала 16x. Итого для 44.1 получим ~22 МГц и ~88 МГц для Hi-Res, тактовая тогда еще мининум x4.

[pokos]

Pokos, а откуда такая большая неопределенность?

Ну, первое из-за наводок внутри кристалла. А второе - уже эквивалент неидеальности аналогового ФНЧ. Если на рассыпухе, то да, можно несколько побороть неопределённости, но тогда учитывай разброс внешних ключей.

[tomtit]

потребную емкость ПЛИС для реализации ЦФ+ДСМ? В чем моделировали каскадные FIR фильтры 2x-4x-8x?

Я еще не оценивал ресурсы, но полагаю, что для максимального варианта нужен Spartan XC3S400A. Останется еще 20-30% или даже больше ресурсов для экспериментов. Цены смотрите на Диджикей.
Моделировал и считал все "вручную" на Маткаде 11. Матлаб-Симулинк конечно же профессиональнее, но требует бесконечного времени на изучение функций и библиотек. Держать в голове весь этот хлам могут только профи-программисты.

Итого для 44.1 получим ~22 МГц и ~88 МГц для Hi-Res, тактовая тогда еще мининум x4.

Ничего подобного. Самый ресурсоемкий фильтр - это тот, который получает 8х, следующую ступень еще, скажем 32х,
сделать уже несложно, нужно только применить, как упоминалось, CIC фильтр, который не требует умножений и легко считается. Единственный недостаток - нужны очень длинные аккумуляторы, но это решаемо. Зато интерполированные данные готовы каждые 1-2 клока, что позволяет легко сделать суммарный оверсэмплинг 384 или 512. Вдобавок, CIC обеспечивает идеально плавный переходной процесс, без звона, что очень важно для ДСМ, который очень болезненно реагирует на "щелчок по носу".
Делать х512 для 24-96(192) нет смысла, частот выше 20К там реально нет, биться то не за что. Хай-рез - это
стандарт где корректный апсэмплинг до x2/x4 уже "сделан на заводе".

Ну, первое из-за наводок внутри кристалла. А второе - уже эквивалент неидеальности аналогового ФНЧ. Если на рассыпухе, то да, можно несколько побороть неопределённости, но тогда учитывай разброс внешних ключей.

Регистр на быстрых Д-триггерах, запитанный от опоры, должен быть одновременно и реклоком, и ключами, все остальные варианты не рассматривались, как раз из-за упомянутых вами причин.

[pokos]

...нужно только применить, как упоминалось, CIC фильтр, который не требует умножений и легко считается. Единственный недостаток - нужны очень длинные аккумуляторы...

Да, придётся под схему ускоренного переноса отдать немало ресурса. Но запас по быстродействию есть неплохой, потому можно ускорять кусками.
Про регистр мне понятно, что там как и почему. К сожалению, у меня сейчас нету приборов, чтобы его пощупать в реальности на все эти моменты.

[krulfa]

Я полагаю, что надо просто взять простые Д-триггеры 74LVC2G74, как доступные, самые быстрые и имеющие зверски мощный выход.

В общем да, но тут тоже надо смотреть на линейность. Предположим, нагрузка триггера - 10 кОм. Тогда для получения искажений на уровне -120 дБ нужна нелинейность выходного сопротивления ключа порядка 0.01 Ом. А у LVC сопротивление открытого ключа навскидку 20 Ом. Не уверен, что оно столь линейно, сколь нам необходимо на шкале 0.5 мАпп. Увеличивать R нагрузки - а нагрузкой тут почти без альтернативы будет пассивный RC фильтр - тоже сильно не получится, начнет шуметь.
Может оказаться, что более линейным будет переключатель тока с высоким выходным сопротивлением. Но здесь снова сложности - ток для однобитной ДС это скачки полной апмлитуды, и IU придется очень непросто, так как ВЧ составляющая тока больше, чем в промышленных ИС.
Значит, все-таки делать не однобитный, а мультибитный ДС.
Т.е. по объективным параметрам превзойти промышленные ИС будет непросто.

[tomtit]

Линейность ключей вообще не нужна для двоичных выходов.
Ставь хоть черта лысого. Ток либо есть либо его нет.
Если ток почти не меняется во включенном состоянии, то нелинейность пофигу.

[ZugDuk]

А у LVC сопротивление открытого ключа навскидку 20 Ом. Не уверен, что оно столь линейно, сколь нам необходимо

Линейность ключей вообще не нужна для двоичных выходов.
Ставь хоть черта лысого. Ток либо есть либо его нет.

Не знаю как тут, но в ветках про усилки в классе D, народ вполне серьезно относился к параметру RdsOn у транзисторов и к линейности этого параметра (он там зависит от всего что можно). Хотя на фоне 10 К, какая то там нелинейность от своих 20ти Ом наверное мало на что повлияет.

---------- Добавлено в 23:05 ---------- Предыдущее сообщение в 22:57 ----------

Может оказаться, что более линейным будет переключатель тока с высоким выходным сопротивлением. Но здесь снова сложности - ток для однобитной ДС это скачки полной апмлитуды, и IU придется очень непросто, так как ВЧ составляющая тока больше, чем в промышленных ИС.

Нафик. Лучше работать с напругой. Понаделать разных выходов, типа как в Сони CXD2562. После первой суммации на резисторах исчезает несущая. После второй еще какая нибудь помеха (какие там в ДС бывают?). Сигнал же при этом складывается. Потом просто усиливаешь его по току, и если надо, по напруге и все.

[tomtit]

Ну вот, похоже финал, сделал модулятор 4го порядка, прогнал пробный проект, получилась макс. раб. частота 130МГц,
Ресурсы - 6% Спартана3-200А. Спектр - после верилог симулятора.
Исчезают сомнения в правильности подхода: СИЛА ЕСТЬ - УМА НЕ НАДА !
Хотя модулятор весьма изящный получился, устойчивый и считается всего за 2 клока 768х.

P.S. Для сравнения однобитник с х384 и навороченный х96 МАШ с 7-уровневым ШИМ выходом.
Единственное утешение для МАШ, это то, что у него все в порядке с дизерингом и нет модуляции шума сигналом.

[krulfa]

Не знаю как тут, но в ветках про усилки в классе D, народ вполне серьезно относился к параметру RdsOn у транзисторов и к линейности этого параметра (он там зависит от всего что можно). Хотя на фоне 10 К, какая то там нелинейность от своих 20ти Ом наверное мало на что повлияет.

В усилителях класса D есть общаяя ООС, поэтому 20 Ом на фоне 10 кОм будет совершенно незаметно. В нашем варианте ОООС нет, так что вся нелинейность как появится, так и останется. Какой смысл делать модулятор с характеристиками линейности -140 ... -160 дБ, а потом получать после ключей аналоговый сигнал c нелинейностью -110 дБ?

Линейность ключей вообще не нужна для двоичных выходов. Ставь хоть черта лысого. Ток либо есть либо его нет. Если ток почти не меняется во включенном состоянии, то нелинейность пофигу.

Кроме "тока есть тока нет", через ключи проходит низкочастотная составляющая - ток звукового сигнала. Он и даст итоговоую нелинейность на Rdson.

[Sanny]

Ну вот, похоже финал, сделал модулятор 4го порядка, прогнал пробный проект, получилась макс. раб. частота 130МГц,
Ресурсы - 6% Спартана3-200А. Спектр - после верилог симулятора.
Исчезают сомнения в правильности подхода: СИЛА ЕСТЬ - УМА НЕ НАДА !
Хотя модулятор весьма изящный получился, устойчивый и считается всего за 2 клока 768х.

А сколько это логических элементом на канал-и используются ли встроенные блоки памяти?

[dortonyan]

В принципе, если ключ работает как повторитель на фильтрующую емкость, то krulfa прав - эта постоянная, которую мы отбрасываем, будет меняться в зависимости от суммарного заряда на емкости.

[krulfa]

Ведь ток ключа это еще и ВЧ составляющая, которая делает ток постояным, на время включенного состояния.

У ключа может быть два варианта нагрузки - входной RC фильтр или LR-фильтр.
Для RC фильтра, низкочастотный, медленно меняющийся сигнал не нагружает ключ, так как по мере перезаряда конденсатора ток стремится к нулю. Хорошо с точки зрения статической нелинейности, плохо с точки зрения динамической линейности, так как чем быстрее меняется выходной сигнал, тем больше токовая нагрузка на ключ и тем больший вклад дает нелинейность Rdson.
Для LR фильтра, нагрузка на ключ в низкочастотной области равна Uвых/R. Плохо с точки зрения статической нелинейности, хорошо с точки зрения динамической - быстрые ВЧ изменения напряжения не вызывают изменения тока, который удерживается медленно меняющимся катушкой L.
Представляется, что с точки зрения звука, вариант LR предпочтительнее - статические искажения в меньшей степени ухудшают звучание, чем динамические.
Теперь откуда взять L. Так как есть желание сделать R побольше, а частоту среза держать поближе к полосе ЗЧ, нужна большая индуктивность порядка 0.1 Гн, тогда R можно применить 27...47К. Требуемую индуктивность 0.1 Гн имеют, например, головки магнитной записи. Габариты у них приемлемые, экранировка есть.
Ну и поставить для раскачки не одиночный триггер LVC, а целый регистр параллельно, тогда вместо одного Rdson в 20 Ом будет на порядок меньше.
Тогда может и выйдем на -120 дБ.

[yan]

У ключа может быть два варианта нагрузки - входной RC фильтр или LR-фильтр.

И вариант чисто активной нагрузки.
Либо резистор плюс нулевое входное преобразователя I/V,
либо фильтр - диплексер.

[sia_2]

И вариант чисто активной нагрузки.
Либо резистор плюс нулевое входное преобразователя I/V,
либо фильтр - диплексер.

Естественно.
Для получения высоких параметров связка выходных резисторов должна быть нагружена на "виртуальную землю" - все абсолютно точно так же, как у "классических" ЦАП. У них ведь, как правило, абсолютно те же самые ключи и резисторы, отличие только в рабочей частоте (что при сегодняшних технологиях неактуально) и отсутствии механизма выравнивания погрешностей этих резисторов (а именно эту проблему и решает использование SDM).

[tomtit]

Федор, где-то здесь, в этой теме раньше, IVX дал ссылку на статью http://www.grimmaudio.com/whitepaper...0converter.pdf
о самопальном однобитном DSM.
Там все расписано про И/У, даны спектры, может все вопросы и отпадут.
Сделал пробный синтез CIC х64 24бита, получилось ресурсов - 7% макс. возможный клок 95МГц.
Так что проблем с реализацией цифровой части нет вообще никаких.

[Denisius]

В "железе" будет?

[krulfa]

Федор, где-то здесь, в этой теме раньше, IVX дал ссылку на статью http://www.grimmaudio.com/whitepaper...0converter.pdf
о самопальном однобитном DSM.

По цифре вопросов действительно нет, работать будет. По аналогу коллектив получил в варианте RC линейность -112 dB (opa627) ... -115 dB (ad797) причем они честно не знают, почему AD797 оказался лучше. А сколько ожидается от данного проекта?