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]

Запустил таки этот модулятор. Сначала попробовал задать точные округления - не помогло. Потом перерисовал схему модулятора в точности по вашему верилоговскому файлу, и все заработало с гейном 2 на выходе квантователя.
Спектр сигнала 1к, 20bit, оверсемплинг x16:
Вложение 424523
Вся разница, что в моем изначальном варианте сигналы брались с выходов триггеров (как на картинке), а в вашем варианте суммируются сигналы со входов триггеров. Хотя теоретически разницы быть не должно, но она почему-то есть. То ли ошибки округления при суммировании накапливаются по разному, то ли что-то еще.

Да, я проверял, опубликованный верилог рабочий. Простое округление влияет только на самые низкоуровневые сигналы, и то не существенно, если перед квантователем добавить дитеринг примерно 1/256...1/128 от полной шкалы суммы. Критично для малых сигналов сохранение работоспособности резонаторов (отсутствие потери сигнала в цепях обратной связи с малыми коэффициентами). Неустойчивость же, о которой Вы писали, насколько можно предположить, у вас скорее всего образовывалась из-за избыточной задержки на один такт в петле. Исходно этот модулятор очень "дубовый", и имеет весьма умеренный выброс и очень быстро затухающий переходный процесс при отработке ступенек. Его вполне можно кормить сигналом 8х.
В принципе, при тщательной оптимизации коэффициентов модулятор пятого порядка на оверсэмплинге 64 даёт около 130 дБ SNR, на 15 дБ больше, чем от Сони, но коэффициенты при этом перестают быть однобитными.

[dortonyan]

Неустойчивость же, о которой Вы писали, насколько можно предположить, у вас скорее всего образовывалась из-за избыточной задержки на один такт в петле.

Да, я неправильно срисовал модулятор с картинки, там тоже суммируются сигналы со входов (как и в вашем файле). Задержка суммарного сигнала ООС у меня не изменилась, но между регистрами коэффициентов образовалась доп. задержка.

В принципе, при тщательной оптимизации коэффициентов модулятор пятого порядка на оверсэмплинге 64 даёт около 130 дБ SNR, на 15 дБ больше, чем от Сони, но коэффициенты при этом перестают быть однобитными.

А на ПХ модулятора такое выжимание SNR не повлияет? Т.е. такая схема в любом случае будет работать с пониженной ЧД на входе?

Вообще для самодельного девайса привлекательным выглядит СДМ более низких порядков. 3-ий порядок на х256 оверсемплинге получается хорошо, но шум высоковат по полосе, нужен хороший широкополосный ОУ.
Вроде как оптимальным получается 4-ый порядок на х128 оверсемплинге (х32 на входе). Тоже с 1-битными коэф-тами:
Совместно с AFIR на 8 тапов выглядит вполне нормально: и полоса относительно невысокая и рост шумовой полки не сильно крутой.

Конечно не так красиво, как у tomtit-а, зато просто.
Причем сигналы на выходе FIR за счет усреднения даже с RZ получаются симметричными.

Если делать AFIR на логике 8T595, то благодаря отдельному питанию выходов не нужно дополнять симметричную схему дифференциальными линиями (как в DSD1700), и вместо 4-х регистров AFIR можно обойтись двумя (как на схеме выше).

А еще подумал, что AFIR на россыпи хоть и выглядит прикольно, но есть же например серия ЦАП-ов PCM179x/DSD179x, у которых в режиме DSD аналоговый фир уже есть внутри, причем довольно большой длины, который за счет компактности наверное даже получше россыпного будет. Достаточно только добавить внешний модулятор (благодаря длинному AFIR-у, наверное даже не принципиально какой).

[sia_2]

А на ПХ модулятора такое выжимание SNR не повлияет? Т.е. такая схема в любом случае будет работать с пониженной ЧД на входе?

Влияет, естественно. Апсэмплинг получше надо, хотя бы с линейной/CIC интерполяцией между ступеньками, но это не такая уж большая плата за выигрыш в ДД.
DSD179x можно использовать, да. Относительно порядков и прочего - я оптимизировал в свое время модуляторы с однобитным выходом при оверсэмплинге 128, третий порядок дает 108 дБ SQNR и около 100 дБ SFDR при индексе модуляции до 0.8, 4 порядок с индексом модуляции до 0.75 - 135 дБ SQNR и 126 дБ SFDR. Без мухлежей с "кривой А" и с выполнением условия спада STF за полосой. Заметная разница между SQNR и SFDR связана со снижением эффективной частоты однобитного модулятора при больших индексах модуляции.

[tomtit]

Я би не стал делать АКИХ на 595, если нужен дифференциальный выход.
Нужен регистр с прямыми и инверсными выходами на том же кристалле. Причина очевидна.

[dortonyan]

Подскажите кто-нибудь, что есть индекс модуляции СДМ-а? Использование входного диапазона модулятора? Для соньковского модулятора это 0.5?

Я би не стал делать АКИХ на 595, если нужен дифференциальный выход.
Нужен регистр с прямыми и инверсными выходами на том же кристалле. Причина очевидна.

Даже при наличии RZ кодирования?

[sia_2]

Индекс модуляции - использование выходного диапазона. То есть, если выходные уровни 0 и 5 В, то отфильтрованный выходной сигнал при индексе модуляции 0.5 будет в пределах от 1.25 до 3.75 В. При индексе модуляции 0.8 - от 0.5 до 4.5В.
модулятор от Сони при гладком сигнале выдерживает индекс модуляции и больше 0.5, ЕМНИС порядка 0.7.

[mellowman]

Я би не стал делать АКИХ на 595, если нужен дифференциальный выход.
Нужен регистр с прямыми и инверсными выходами на том же кристалле. Причина очевидна.

Можно в 595 на каждый бит писать 2: 1 прямой и инверсный

[tomtit]

Можно в 595 на каждый бит писать 2: 1 прямой и инверсный

Можно, но с удвоением частоты клока.

[SergVKS]

Даже при наличии RZ кодирования?

Где можно увидеть на реальном графике или в цифрах измерений, что дает на практике RZ ?

[dortonyan]

Где можно увидеть на реальном графике или в цифрах измерений, что дает на практике RZ ?

А какая разница, сколько оно будет в цифрах: -80дБ, или -100дБ? Если RZ позволяет получить вообще идеально чистый спектр (ограниченный только исполнением платы и собственными искажениями ОУ).
Это же своего рода деглитчер, только не требующий дополнительных компонентов.
А глитч в любом случае будет, вопрос только в его величине. Задержка или наклон фронта меандра - это уже искажение, причем видное даже на осциллографе.
И от него ни куда не деться. Его можно либо как-то вычитать, либо исключать NRZ, но что-то делать с этим по любому надо (если конечно есть претензии на высококачественное воспроизведение).
Если даже в интегральных схемах приходится делать RZ интервалы, то это уже намекает...

[SergVKS]

вопрос только в его величине

И?

[LexaryStyle]

но есть же например серия ЦАП-ов PCM179x/DSD179x, у которых в режиме DSD аналоговый фир уже есть внутри

по документации указано что можно выключить только внутренний фильтр но не модулятор. К тому же там АдванседСегментДак, где верхние 6 бит преобразовываются в так называемый thermometer code 62 бит и к нему добавляется нижние 18бит 3rdСДМ модулятора шириной 4бита thermometer code, потом DWA - Rotation of the thermometer code. Как я понимаю эти методы снижают требования к точности резисторов матрицы и удешевляют производство(не нужна лазерная подгонка). Я к тому что прямого доступа к этой 66 битной AFIR нету, если я правильно понял ДШ.




Кстати может имеет смысл на ПЛИС так же реализовать с улучшенными характеристиками, подключив 2*2*66 резисторов прям к портам

---------- Сообщение добавлено 05:24 ---------- Предыдущее сообщение было 02:30 ----------

Совместно с AFIR на 8 тапов выглядит вполне нормально: и полоса относительно невысокая и рост шумовой полки не сильно крутой.

Ждем публикации верилог модуля для самостоятельной отслушки)

Если делать AFIR на логике 8T595, то благодаря отдельному питанию выходов не нужно дополнять симметричную схему дифференциальными линиями

К сожалению нет, изначально идея AFIRa на 595 как раз и содержала небалансный вариант, но она "журчит" и была предложена балансная схема для хоть какого то уменьшения глитчей в 595 логике. Доходило до подбора 595 микрух и тестирования разных вендоров. У меня несколько плат таких собрано было, в разных вариантах, осталась только DSC2.6.

[sia_2]

Доступ к AFIR есть в прямом DSD режиме у чипов которые DSD17xx
Поделки "на резисторах прямо от портов ПЛИС" имеют проблемы с SNR из-за малого напряжения и большого джиттера. Это только поразвлечься.

[LexaryStyle]

Доступ к AFIR есть в прямом DSD режиме у чипов которые DSD17xx

Откуда инфа? Или имеете ввиду ДСД сразу попадает на DWA?

Поделки "на резисторах прямо от портов ПЛИС" имеют проблемы с SNR из-за малого напряжения и большого джиттера. Это только поразвлечься.

Это был сарказм)

[sia_2]

DSD AFIR не нуждается в DWA

[LexaryStyle]

DSD AFIR не нуждается в DWA

Я не смог найти упоминание о таком bypass режиме в ДШ у DSD179х...

[tomtit]

Доступ к AFIR есть в прямом DSD режиме у чипов которые DSD17xx
Поделки "на резисторах прямо от портов ПЛИС" имеют проблемы с SNR из-за малого напряжения и большого джиттера. Это только поразвлечься.

Не хватает 3.3-5В КМОП регистра с мощным выходами, прямыми и инверсными и с ЛВДС клоком. Ну и, конечно, разводка питания, не по диагонали, как у 175.
Бруно в МОЛА-МОЛА поставил цепочку из 32 однобитных Д-триггегов.
AFIR на порядок снижает требования к линейности сопротивления ключей.
Нелинейность последовательно включенных 10К резистора и ключа с полным сопротивлением 10Ом невелика.
А рекордные SNR в аудио реально не имеют никакого смысла, только похвастаться.
Запись с добавленными -90дБ белого шума звучала даже мягче и аналоговЕЕЕ...

[sia_2]

Рекордное SNR нужно для продаж. Потому что 125...130 дБ даёт простой как грабли 1794, и у 95% потребителей сразу возникает резонный вопрос - почему они должны платить сильно больше денег за устройство, которое мерится хуже ?
Рассказывать сказки про "лучшее звучание" конечно, можно, но им давно уже мало кто верит, наученные горьким опытом - ибо почти всегда, когда начинается разговор в духе "параметры не определяют звук", это не более чем попытка впарить очередную шнягу.
Играющую просто немного иначе, чем бюджетный музцентр
Попросту говоря, это тест на "профпригодность" разработчиков. Сделали 140+ дБ - молодцы, можно дальше разбираться, может что-то стоящее получилось. "Не шмогла" - какой смысл дальше тратить время, если они даже этого не могут?

[dortonyan]

Кстати может имеет смысл на ПЛИС так же реализовать с улучшенными характеристиками, подключив 2*2*66 резисторов прям к портам

Так DCS (или кто там) давно уже так и сделан.
Несколько лет тому я тоже загорелся идеей DWA на россыпи, причем не для ДС, а для параллельного конвертера. И даже сообразил схему с умеренными искажениями ключей на 16 сегментов. Но в результате отказался, т.к. обеспечить обновление всех сегментов за каждый такт ЧД не получается. А перемешивание на ходу не репрезентативно в плане измериловки. На спектре благодаря усреднению FFT результат всегда будет выглядеть красиво (чем, судя по всему, и пользуются производители ЦАПов, типа сабры с DWA на 7-битном квантователе).

Ждем публикации верилог модуля для самостоятельной отслушки)

У меня есть тестовая плата с плисиной и 1792 на борту, поэтому в первую очередь буду пробовать на ней. Но в перспективе конечно интересно сделать что-то максимально простое и сердитое на россыпи.
Но это наверное не скоро, сейчас другим занят. Кому надо скоро - все в открытом доступе: только надо причесать.

К сожалению нет, изначально идея AFIRa на 595 как раз и содержала небалансный вариант, но она "журчит" и была предложена балансная схема для хоть какого то уменьшения глитчей в 595 логике. Доходило до подбора 595 микрух и тестирования разных вендоров.

Это я видел, но там нет RZ кодирования. Если делать RZ, то по идее таких эффектов быть не должно. Единственное, что такое кодирование делает недифференциальным сигнал на входе логики. Поэтому при использовании стандартной 595 нужно использовать по 4 регистра на канал, как в DSD1700.
Но если делать на 8T595, то за счет отдельного питания выходов не нужно иметь диф. вход (логика с опорным все равно не связана). Достаточно иметь равенство потребляемого тока AFIR-ов в каждом плече. Хотя конечно остается влияние джиттера цифровой части.

Я не смог найти упоминание о таком bypass режиме в ДШ у DSD179х...

Оно там есть, только ниже. Для PCM1792 со стр. 43 "ANALOG FIR FILTER PERFORMANCE IN DSD MODE".

[Михаил45]

Алексей, я могу , в принципе , использовать твою последнюю редакцию ЦФ+ДС для подключения 2хTDA1547?