Пробуем расшифровать TDA1541

[Сухоруков Сергей]

Микросхема TDA1541(A), разработанная фирмой Philips в 80-е годы, по сей день представляет интерес для самодельщиков и ценителей хорошего звука благодаря естественному звучанию ЦАПов на её основе. Секрет – в использовании уникальной схемотехники с динамическим усреднением взвешенных двоичных токов.

Однако использование этой микросхемы представляет определённые трудности из-за недостаточной информации о её структуре. Datasheet на TDA1541 очень скуп и невразумителен. Сведения о внутренней схемотехнике TDA1541, почерпнутые из других источников, нередко противоречивы.

Это, с одной стороны, приводит к сложностям проектирования ЦАПа на этой замечательной микросхеме, в частности, организации грамотной обвязки. С другой стороны, TDA1541 обнаруживает ряд недокументированных способностей, например, способность работать от источников цифрового потока с перепадом логических уровней менее 400 мВ.
Чтобы как-то разобраться в структуре TDA1541 я прочитал немало форумов, определённости они почти не добавили. Наконец, наткнулся (спасибо коллеге s3tup) на монографию 1989 года “High-speed and high-resolution analog-to-digital and digital-to-analog converters” Rudy van de Plassche, одного из разработчиков семейства TDA1540, TDA1541, TDA1541A. Картина прояснилась, хотя не полностью. Некоторые аспекты остались в плотной пелене тумана, например, устройство входных каскадов, принимающих цифровой поток, роль источника -5В и т.д.
По материалам указанной монографии, данным из datasheet и по материалам с некоторых форумов diyAudio я попытался воссоздать внутреннюю схемотехнику TDA1541(A). Получившаяся схема неполна (возможно, кто-то дополнит), но, как мне представляется, окажет помощь тем, кто использует эту микросхему в своих разработках.

Результат моих изысканий – в приложении.

[Сухоруков Сергей]

Прочитал . 1/4 LSB

Если прочитаете datasheet, там чёрным по белому написано, что это 14-битный ЦАП, да и по блок-схеме это видно. 15-му биту там взяться неоткуда.

---------- Добавлено в 11:58 ---------- Предыдущее сообщение в 11:56 ----------

Да! Куда уж нам, с нашими современными технологиями! Ясен пень, старые прооцессоры были лучше. Почему бы нам ими не пользовться?

Какие проблемы, kolizei? Нравятся другие ЦАПы - флаг Вам в руки. Эта ветка - для тех, кто интересуется ЦАПом TDA1541.

[Alex]

Какие проблемы, kolizei? Нравятся другие ЦАПы - флаг Вам в руки.

Ему больше нравятся левые 63-и, от Олега Альтмузтеча

[Сухоруков Сергей]

Прочитал статью по ссылке al2sav (пост №6). Оказывается, битовые ключи у разных разрядов разные. А я думал - одинаковые. У van de Plassche упоминались компенсированные ключи, и я думал они применяются для всех разрядов (на рисунке в посте №1 показаны упрощённые битовые ключи). Оказывается: нет, для старших 6 разрядов используется один вид ключей (с двойным каскодом), для следующих 4 разрядов используются компенсированные ключи, а для младших 6 - упрощенные ключи на дифференциальных парах.

[Sanny]

Если прочитаете datasheet, там чёрным по белому написано, что это 14-битный ЦАП, да и по блок-схеме это видно. 15-му биту там взяться неоткуда.

Где я писал про 15-й разряд? ЦАП обеспечивает 15 битную точность, т.е. отклонение реального напряжения(хотя корректнее написать тока) на выходе ЦАПы от заданного входным кодом меньше 1\4 младшего разряда

[mixxxxxer]

Где я писал про 15-й разряд? ЦАП обеспечивает 15 битную точность, т.е. отклонение реального напряжения(хотя корректнее написать тока) на выходе ЦАПы от заданного входным кодом меньше 1\4 младшего разряда

Отклонение меньше 1/4 LSB означает, что преобразователь чуть-чуть не дотягивает до идеальных 14 бит.. Термин ENOB знаком? Если нет, скорее познакомьтесь..

[Sanny]

Отклонение меньше 1/4 LSB означает, что преобразователь чуть-чуть не дотягивает до идеальных 14 бит.. Термин ENOB знаком? Если нет, скорее познакомьтесь..

А Сами пояснить бы не могли?

[Сухоруков Сергей]

ЦАП обеспечивает 15 битную точность

14-битный ЦАП не может обеспечить 15-битную точность (хотя бы из-за ошибок квантования). Как справедливо отметил mixxxxxer, если бы нелинейность составила 0 LSB вместо 1/4 LSB, это означало бы идеальную 14-битную точность ЦАПа.

[mixxxxxer]

А Сами пояснить бы не могли?

Легко.. (см. во вложении)

[Сухоруков Сергей]

Для интересующихся выкладываю перевод статьи про 1541.

[Игорь Гапонов]

...Для меня какое-то время было загадкой, почему в 1541 решили из 5 DEM-ячеек оставить только 3, пока в одной статье я не прочитал, что это сделано для экономии выводов. Ведь каждая такая ячейка требует 2 внешних конденсатора (читай - вывода), а младшая DEM-ячейка - все три. Учитывая, что 1541 - двойной ЦАП, становится очевидным, что с числом выводов действительно напряжёнка. Тут либо нужен большой корпус с большим числом выводов (а это дорого), либо на каждый канал делать свой ЦАП (тоже не дёшево), как в 1540.

1. (о прошедшем) Согласен, моя ошибка, что в 41-й нет R-2R. Это я с "многоэммитерностью" спутал. Но в 40-й "многоэммитерности" нет- точно. Это - "чистый DEM-DAC". Очень кажется, что отличия в звучании 40/41 именно этим объясняется. (чёрт, глянул в первоисточник- многоэммммитерность и в 40-м, простите мою деменцию)

2. О точности DEM-принципа написано довольно много. Ну так вот, в 40-й даже без "корон" (т.е. без специальной юстировки-подбора источночиков тока в DEM-ячейках) легко достигается точность E-5(-100bB): E-1 (10%) - на источники тока, E-4- на временную (фазовую) нестабильность RC-мультивибратора. Между прочим, при "усреднении амплитуд во времени" 4-х источников тока, как в 40/41-х, точность амплитуды "суммарного за период" тока увеличивается в два раза, т.е. работает стохастический принцип увеличения точность. Но с увеличением количества источников тока увеличивается частота коммутации: для 8 источников она будет вдвое выше, тогда как для двух- вдвое ниже. При этом 8-битная ячейка может "обслуживать" три разрядных ключа: 1+2+4+1аукс (следующая ячейка)=8, а 2-битная только один: 1+1аукс=2

(редакция: здесь имеется в виду точность взвешенных значений токов, а не точность всего ЦАП!)

3. Моё мнение, почему даже в 41-й с её 16-битами "вчистую" не применяется DEM-принцип я указал выше: минимум 3 вольта на ячейку. Например, 4-х битная ячейка обслуживает два разряда (1+2+аукс). Поэтому для 16-ти бит нужно 8 ячеек и минимум 24 вольта питания только для обеспечения нормального функционирования ячеек. Т.е. "полное питание"= 24+ питание остальной части схемы, включая опорный источник тока, генератор и разрядные аналоговые ключи. Получается вольт 30-40...

4. Делюсь страшной тайной ( ). Для любителей сглаживания DEM-пульсаций принципиально и практически можно ограничиться только одной общей интегрирующей RC-цепью на канал (ФНЧ-1), установленной на выходе DEM-ЦАПа.

[Sanny]

Легко.. (см. во вложении)

и Вы там что-то пишете о цифровой обработке,позволяющей в 16 бит запихнуть ДД сигнала большей битности? А у нас здесь 14 бит-ситуация ничего не напоминает?

[mixxxxxer]

и Вы там что-то пишете о цифровой обработке,позволяющей в 16 бит запихнуть ДД сигнала большей битности?

Вообще-то я там ни о чем подобном не пишу.. Я там пишу ровно об обратном - о сравнительной оценке способности цап с разрядностью более (либо равно) 16 бит воспроизводить сигналы с разрядностью 16 бит (т.е. обычные муз сигналы стандарта CD)..

Но если вам угодно продолжать не понимать смысл термина "точность" в применении к цифро-аналоговому преобразованию, то не говорите, что вам не пытались объяснить..

[dortonyan]

А дизеринг на что?

[Sanny]

4. Делюсь страшной тайной ( ). Для любителей сглаживания DEM-пульсаций принципиально и практически можно ограничиться только одной общей интегрирующей RC-цепью на канал (ФНЧ-1), установленной на выходе DEM-ЦАПа.

А с этого места,пожалуйста,подробнее...Можно обойтись без DEM-емкостей и не перегрузить ВЧ-помехами следующие каскады?

---------- Добавлено в 00:43 ---------- Предыдущее сообщение в 00:22 ----------

А дизеринг на что?

А повышенная точность поможет его практически это реализовать

[Игорь Гапонов]

[QUOTE=Sanny;1547860]А с этого места,пожалуйста,подробнее...Можно обойтись без DEM-емкостей и не перегрузить ВЧ-помехами следующие каскады?

А как "штатно" (т.е. в проигрывателях-филипсоидах) эти ЦАПы включены в I/U преобразователь на ОУ? Без фильтра, правда? А "ступеньки" при смене кода меньше "DEM-ступенек" ? Нет, "кодовые ступеньки" чаще всего больше "DEM-ступенек" (ориентировочно последние не больше 10% от разрядного тока, а первые могут быть во всю шкалу)... Получается, что требования к входным цепям и быстродействию "активного восстанавливающего фильтра" практически те же самые что с интегрирующими конденсаторами, что без них.

При пассивном (резистивном) преобразовании I/U надо, чтобы пассивный фильтр имел либо чисто активное и достаточно малое входное сопротивление, порядка 5-50 Ом для 1540/41, (и такие фильтры существуют на Земле), либо подключать фильтрующий DEM-ступеньки, а заодно и всякие другие ступеньки, конденсатор к низкоомному резистору-преобразователю (5-50 Ом) через достаточно высокое сопротивление, порядка 5-50кОм, чтобы суммируемые разрядные токи на этом общем импедансе мало зависели от частоты в актуальном диапазоне. Отсюда, между прочим, следует, что для пассивного преобразователя I/U всегда выгодно увеличение и частоты коммутации в DEM-ячейках и частоты семплирования (дискретизации).

[Сухоруков Сергей]

При этом 8-битная ячейка может "обслуживать" три разрядных ключа: 1+2+4+1аукс (следующая ячейка)=8, а 2-битная только один: 1+1аукс=2

У меня тоже возникали мысли о 3-битной ячейке и сожаления, что её не реализовали (в какой-нибудь 1542).

Моё мнение, почему даже в 41-й с её 16-битами "вчистую" не применяется DEM-принцип я указал выше: минимум 3 вольта на ячейку. Например, 4-х битная ячейка обслуживает два разряда (1+2+аукс). Поэтому для 16-ти бит нужно 8 ячеек и минимум 24 вольта питания только для обеспечения нормального функционирования ячеек.

Речь шла о том, что в 1541 ограничились тремя ячейками, а ведь в той же 1540 пять ячеек, почему было их не оставить в 1541. Вот о чём была речь.

Делюсь страшной тайной ( ). Для любителей сглаживания DEM-пульсаций принципиально и практически можно ограничиться только одной общей интегрирующей RC-цепью на канал (ФНЧ-1), установленной на выходе DEM-ЦАПа.

Я в этом не уверен, хотя читал про поиски "подпольной лаборатории". Тут нужен эксперимент и корректные измерения, сопоставления вариантов.

---------- Добавлено в 11:13 ---------- Предыдущее сообщение в 11:09 ----------

А как "штатно" (т.е. в проигрывателях-филипсоидах) эти ЦАПы включены в I/U преобразователь на ОУ? Без фильтра, правда? А "ступеньки" при смене кода меньше "DEM-ступенек" ? Нет, "кодовые ступеньки" чаще всего больше "DEM-ступенек" (ориентировочно последние не больше 10% от разрядного тока, а первые могут быть во всю шкалу)... Получается, что требования к входным цепям и быстродействию "активного восстанавливающего фильтра" практически те же самые что с интегрирующими конденсаторами, что без них.

Возможно, отказ от фильтрующих конденсаторов у DEM-ячеек приводит к повышению интермодуляционных искажений и шумов (моё предположение) и в конечном счёте к ухудшению отношения сигнал/(шум +искажения).

---------- Добавлено в 11:15 ---------- Предыдущее сообщение в 11:13 ----------

А как "штатно" (т.е. в проигрывателях-филипсоидах) эти ЦАПы включены в I/U преобразователь на ОУ? Без фильтра, правда? А "ступеньки" при смене кода меньше "DEM-ступенек" ? Нет, "кодовые ступеньки" чаще всего больше "DEM-ступенек" (ориентировочно последние не больше 10% от разрядного тока, а первые могут быть во всю шкалу)... Получается, что требования к входным цепям и быстродействию "активного восстанавливающего фильтра" практически те же самые что с интегрирующими конденсаторами, что без них.

Возможно, отказ от фильтрующих конденсаторов у DEM-ячеек приводит к повышению интермодуляционных искажений и шумов (моё предположение) и в конечном счёте к ухудшению отношения сигнал/(шум +искажения).

---------- Добавлено в 11:20 ---------- Предыдущее сообщение в 11:15 ----------

А дизеринг на что?

Дизеринг - попытка "замылить" недостатки ЦАПа, замаскировать огрехи псевдо аналоговым шумом. (Как говаривал мой знакомый студенческих лет про щели в полу коровника, который мы ремонтировали - говном замажется.)

[dortonyan]

а первые могут быть во всю шкалу

Это если без передискретизации.

---------- Добавлено в 10:25 ---------- Предыдущее сообщение в 10:20 ----------

Дизеринг - попытка "замылить" недостатки ЦАПа

Такой недостаток, как шаг квантования присущ любому цапу, если разрядность цапа не меньше ДД сигнала, то каким образом этот шаг уменьшается: дизерингом или разрядностью - не важно.

[Сухоруков Сергей]

Такой недостаток, как шаг квантования присущ любому цапу, если разрядность цапа не меньше ДД сигнала, то каким образом этот шаг уменьшается: дизерингом или разрядностью - не важно.

Как раз важно. Дизеринг не добавляет информации (он добавляет шум, а это не информация), а увеличение разрядности добавляет информации. Другое дело, что это дороже и труднее. Проще имитировать "гладкий" сигнал.
Что важнее: качественный звук или его имитация - каждый решает для себя сам.

[Sanny]

Ступеньки при смене кода есть, но от помехи от DEM частота в 4 раза выше

[Игорь Гапонов]

Это если без передискретизации.

При правильной передискретизации между исходными отсчётами "нуля" быть не может? Может. И ещё какой!


To Sanny

Если частота коммутации (другими словами- модуляции по закону 0*Х/1*Х ) повышается, то нижняя (от нуля) полоса спектра широкополосного модулирующего сигнала помехи тоже расширяется. Однако в "информационной полосе" отношение С/Ш практически не изменяется. См. опус mixxxer-а (вчера пробежался глазами, пока нравится), там тоже об этом : исходные ошибки неизвестного АЦП (или процесса записи-оцифровки) не могут быть исправлены никакой "постобработкой". И ведь это верно потому, что термин "ошибка" имеет смысл только для "полезной информации" (точнее - для "исходной информации"). Например, указывают Кг устройства при подаче на вход конкретного и идеального синуса. И "Кг" имеет смысл только для этого конкретного "синуса".

To Сухоруков Сергей

Я бы скорее увеличивал исходную частоту дискретизации, чем исходную разрядность...