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]

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

В чём-то я с Вами соглашусь, пожалуй. Ведь частоту дискретизации при записи звука увеличить проще, чем разрядность, а качество возрастает заметно, т.к. количество информации о сигнале возрастает пропорционально частоте дискретизации; снижаются огрехи интерполяции ЦФ, если он используется.

Отмечу только, что с увеличением разрядности количество информации растет гораздо быстрее (как степень с основанием 2). Но, на мой взгляд, уже 16 "честных" разрядов вполне достаточно для качественного звука (а уж 18 - с запасом). А вот частоту дискретизации исходного сигнала желательно поднять раза в два.

[dortonyan]

При правильной передискретизации

Что значит правильной?

между исходными отсчётами "нуля" быть не может?

При чем здесь ноль между отсчетами, если речь шла про

"кодовые ступеньки"

которые

могут быть во всю шкалу

[Игорь Гапонов]

***

Вы же говорилили, что "Это если без передискретизации" (с), (типа, продолжу) кодовые ступеньки могут быть "во всю шкалу". (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%...86%D0%B8%D1%8F)

А "правильная передискретизация" означает восстановление сигнала между исходными отсчётами с точность, ограниченной лишь точностью исходных отсчётов. Грубо говоря, никакие "короткие окна" и "экономные алгоритмы", кроме "прямого вычисления суммы ряда Котельникова" тут не катят, а "длина" интерполирующего FIR-фильтра (количество исходных семплов, участвующих в расчёте) ограничена лишь необходимой точностью вычисления. Между прочим, последнее вовсе не означает, что округление синтезируемых (интерполируемых) отсчётов должно всегда выполняться до "исходной разрядности". Чаще всего интерполируемые отсчёты имеют обоснованно большую разрядность. Не верите? Тогда сложите график sinx/x с графиком sin(x-pi)/(x-pi) [два подряд "исходных семпла" максимальной амплитуды=1, остальные семплы равны нулю] и посмотрите, что творится в точке x=pi/2 [т.е. "двукратный апсемплинг"].

[dortonyan]

Имеете ввиду интерполяцию без фильтрации?

[Игорь Гапонов]

dortonyan

Offтопик:
офф?

Интересно, на днях изучал всякие филипс-декодеры и нарвался на SAA7826: в довольно нестаром чипе используется бесфильтровый DEM-DAC.

[Sanny]

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.)

Насчет точности и замазывания щелей-попробую Вас переубедить.Как говорил один мой препод,математика не объясняет физику-поэтому не буду писать формулы,а попробую объяснить на пальцах-пусть у нас есть сигнал 14 битный с 4 кратной передискретизацией но без филтрации, т.е. все 4 отсчета на период дискретизации одинаковы.Теперь добавим к 2 первым отсчетам по единице.два следующих оставим без изменения.Выходной ФНЧ сгладит(скорее размажет) эту ступеньку и на выходе мы получим 14 битный сигнал+плюс еще пол младшего разряда(ну,может не пол ,но приращение получиться меньше младшего разряда)
По-моему это не дизеринг ,а ,скорее, ноис-шейпинг

[Сухоруков Сергей]

Sanny, Вы бы хоть заглянули в Википедию, чтобы узнать, что такое дизеринг. Это как раз подмешивание к исходному сигналу псевдослучайного шума. Нойс-шейпинг обычно используется в сочетании с дизерингом, смещая шум дизеринга в менее слышимую область.

[Sanny]

Sanny, Вы бы хоть заглянули в Википедию, чтобы узнать, что такое дизеринг. Это как раз подмешивание к исходному сигналу псевдослучайного шума. Нойс-шейпинг обычно используется в сочетании с дизерингом, смещая шум дизеринга в менее слышимую область.

Ну, я стараюсь ориентироваться на более серъезные источники. А гле я писал о "подмешивание к исходному сигналу псевдослучайного шума"-описанная мной ступенька не случайная.Нойс-шейпинг - в данном случае размазывание ошибки квантования по более широкому диапазону частот и, соответственно, уменьшение ее в звуковом диапазоне,что позволяет расширить динамический диапазон сигнала в звуковой полосе. Я попробовал объяснить вам физику процеса

[Сухоруков Сергей]

Ну, я стараюсь ориентироваться на более серъезные источники.

Странно, что читая "серьёзные источники", Вы путаетесь в терминах.

А гле я писал о "подмешивание к исходному сигналу псевдослучайного шума"

Про подмешивание псевдослучайного шума писал я и намекал, что это попытка замаскировать огрехи по принципу "г...ом замажется". А Вы, насколько я понял, пытались против этого возразить. Вот только с аргументацией у Вас беда.

Я попробовал объяснить вам физику процеса

Это очень трогательно, учитывая что я по образованию физик.
(Что такое нойз-шейпинг мне известно, и физику я знаю, возможно, лучше Вас.)

[Сухоруков Сергей]

Для интересующихся DEM-технологией выкладываю свой перевод статьи про TDA1540.

[Sanny]

Странно, что читая "серьёзные источники", Вы путаетесь в терминах.



Про подмешивание псевдослучайного шума писал я и намекал, что это попытка замаскировать огрехи по принципу "г...ом замажется". А Вы, насколько я понял, пытались против этого возразить. Вот только с аргументацией у Вас беда.

Это очень трогательно, учитывая что я по образованию физик.
(Что такое нойз-шейпинг мне известно, и физику я знаю, возможно, лучше Вас.)

Не собираюсь скатывать ся до обсуждений личностей. По существу моих последних двух постов есть что сказать?Я Вам показал как 14 битный ЦАП может обеспечить в ДД,соответствующий 15 разрядам( в звуковом диапазоне)

[Сухоруков Сергей]

Не собираюсь скатывать ся до обсуждений личностей.

Очень правильное решение.

По существу моих последних двух постов есть что сказать?Я Вам показал как 14 битный ЦАП может обеспечить в ДД,соответствующий 15 разрядам( в звуковом диапазоне)

Если смысл Ваших последних двух постов в том, что 14-битный ЦАП "может обеспечить в ДД,соответствующий 15 разрядам", то мне остаётся повторить, что Вы ошибаетесь.

---------- Добавлено в 15:08 ---------- Предыдущее сообщение в 14:52 ----------

Касательно передискретизации добавлю, что она не способна увеличить реальную разрядность системы. Её задача - в упрощении выходного НЧ фильтра, с чем она более или менее успешно и справляется. Пытаться получить с её помощью ещё "полразряда", как Вы пишите, - это не более чем напрасная иллюзия.

Попробую объяснить это "на пальцах". Идеальный ЦАП воспроизведёт ровно ту информацию, которая была заложена при записи в цифровом сигнале. Если исходный сигнал 16-битный, вы не сможете с помощью передискретизации (или другого способа) сделать его, скажем, 17-битным, не внося отсебятины, поскольку это будет соответствовать бОльшему объёму информации, чем у исходного сигнала. Чисто формально можно выходной сигнал ЦАПа сделать и 20-битным, только младшие разряды при этом никакого отношения к исходному сигналу иметь не будут.

Тут как с вечным двигателем. Вы не можете получить энергию из ничего, и информацию - тоже.

[Audiomaniac]

Вот это новость... Какие конструкции, кому показали, когда показали, в сравнении с чем показали ну и т.д....?

[Сухоруков Сергей]

Я бы попросил не загромождать ветку разговорами не по теме. Напоминаю, что здесь мы обсуждаем внутреннюю схемотехнику семейства 1540-1541.

OFF:To tomtit: Если есть желание поспорить на тему о том, кто бредит, а кто говорит дело, пишите в личку и не засоряйте ветку, плиз.

[belka]

Для интересующихся DEM-технологией выкладываю свой перевод статьи про TDA1540.

Большое спасибо за Ваш труд по переводу статьи на русский язык.

[Сухоруков Сергей]

Большое спасибо за Ваш труд по переводу статьи на русский язык.

Пожалуйста. Мы для того и посещаем форум, чтобы обмениваться информацией.

Собираюсь ещё выложить отдельные главы монографии van de Plassche. Поучительная вещь, но довольно многостраничная.

---------- Добавлено в 15:31 ---------- Предыдущее сообщение в 15:17 ----------

Обратил внимание на то, что в статье по TDA1540 из IEEE Journal 1979 г. в таблице с параметрами преобразователя указаны только два источника питания: +5В и -15В. Одновременно из резюме статьи ясно, что у 14-битного прототипа 79 года нет входной логики. А в даташите 86 года на 1540 входная логика присутствует и присутствует источник -5В. Отсюда напрашивается вывод, что -5В таки используется для питания входной логики, как и предполагалось некоторыми форумчанами.

[Denisius]

Сухоруков Сергей, примите и мою благодарность за Ваш труд.
Возник у меня вопрос, отчего такая удобная и не дорогая технология не пошла "массово в массы"? Отчего "гранды" пошли путём дорогим и не технологичным, а именно путём "лазерной подгонки" и проигнорировали затраты? Здесь вижу некий нонсенс ибо выбор более дорогой технологии и очевидно (из статьи) менее качественного результата выглядит крайне странным в рамках западной экономической модели.

[dortonyan]

отчего такая удобная и не дорогая технология не пошла "массово в массы"?

Кстати, тоже интересует такой вопрос. Причем не только применительно к аудио приложениям, но и к автоматике. Учитывая развитие технологий, на сегодня такая структура могла бы стать еще на порядок лучше, и иметь более низкие значения напряжения питания.

[Игорь Гапонов]

Кстати, тоже интересует такой вопрос. Причем не только применительно к аудио приложениям, но и к автоматике. Учитывая развитие технологий, на сегодня такая структура могла бы стать еще на порядок лучше, и иметь более низкие значения напряжения питания.

Я же выше пример привёл CD-декодера от филипса с внутренним "низковольтным и безфильтровым" DEM-DAC. Но по-настоящему бюджетные решения начались с "однобитников". И сигмой с дельтой пока закончились (ESS9012/16/18, может уже что-то есть более авангардное ?).

Интересно, что "в автоматике" очень и очень осторожно относятся к применению "немультибитников".

[Denisius]

Игорь Гапонов, и что этот пример объясняет? "В огороде бузина, а в Киеве дядька."
Вопрос то "ребром" ! Отчего индустрия не избрала путь "дем" (дешевый и качественный), а избрала путь "лазерной подгонки" дорогой и менее качественный ?
С чего бы ?