Ultra Analog своими руками, часть 2

[dortonyan]

Продолжим одноименную ветку.
Периодически на форумах всплывают всякие бредовые идеи по построению высоколинейных параллельных ЦАП на резисторах, на комбинациях нескольких ЦАПов и т.п.
Так вот, такие же бредовые идеи, признаюсь, посещали и меня еще несколько лет назад. Однако только относительно недавно пришло понимание как это можно реализовывать на практике. А благодаря Сергею (aka dee-jan) удалось еще и довольно оперативно кое чего из надуманного реализовать.
В результате получилось неплохо, ну а более подробно основные идеи и результаты я свел в описание (коротенько так на 10 листиков) которое и прилагается ниже.

[dortonyan]

Весовые резисторы в данном случае - дело достаточно произвольное. Можно при одних и тех же резисторах делить 14bit + 6bit, а можно 6bit + 14bit. Тут вопрос компромисса: чем больше разрядность ЦАП младших разрядов, тем проще калибровка, но выше требования по точности и стабильности весовых резисторов.

[BesPav]

Алексей, спасибо за статью!
Понятно о "высоком" не каждому дано...

[dortonyan]

BesPav, да нет за что. Не такое уж оно и высокое, просто не особо актуальное, потому и не часто встречается в литературе. Отдельно УВХ сейчас практически нигде не используются, как и ЦАПы, разрядностью больше 16 бит. А для редких исключений есть AD5791 и т.п.

[vladsan75]

В смысле-произвольное?Ведь в Ultra Analog как раз для старших 3х разрядов используется вес R,а для следующих 3х разрядов вес 8R(как раз R*2^3).Таким образом,что бы с резистором весом R*2^7 работать начиная с 12го разряда,то младший ЦАП должен использовать разряды начиная с 4го,а старшие разряды используются при сложении с коэффициентами.

[dortonyan]

В ультрааналоге разрядность матрицы фиксированная, а в ИМС ЦАП для старших разрядов не обязательно использовать все 14, берется столько сколько нужно. Если взять все 14, то соотношение весовых резисторов будет 2^14 к 1-му. Но это очень не удобно и сложно в реализации. Я выбрал соотнош. 256 к 1-му (128х2, т.к. амплитуда ЦАП старших разрядов вдвое больше). Получается 8 страших + 14 младших, т.е. 22 разряда.
Но с коэффициентами суммируются не старшие, а младшие разряды, в пдф-ке это описано. Поэтому для освобождения шкалы ЦАП младших разрядов, я в конвертере старших разрядов использую больше 8-ми: 9..11 бит, а в конвертере младших соот-но - меньше 14-ти бит. Пробовал по разному, схема все равно не меняется.
А если делать чисто 20 бит, а не 22 как у меня, то соотнош. весов вообще достаточно 64:1.

[vladsan75]

Да я понял,что коэффициенты складываются с младшими разрядами,просто в старшие разряды младшего ЦАП происходит перенос,при необходимости.А вообще,спасибо Алексей,мне очень понравились спектры второго варианта и,думаю,многим будет интересна возможность применения индустриальных ЦАП с таким результатом.И,если это не коммерческая тайна,какого порядка ёмкости и сопротивления в деглитчере с двумя ключами?

[dortonyan]

vladsan75, коммерческих тайн тут нет, просто не в номиналах суть. У меня емкость хранения 47 пик, фильтрующая 100, но подбор этих емкостей зависит от сопротивления ОС, от ОУ, от требуемого быстродействия, от ключей, ну и т.д. Для анализа лучше замоделить УВХ в микрокапе. В кач-ве ключей для модели я брал 2SK241, только управлять ими нужно с отрицательным смещением: от -(3..5)В до 0. По такой модели можно и подбирать номиналы, в железе получается весьма похоже. Есть в капе и BSS83, но с ними моделирование иногда виснет, 241-е JFET удобнее.

[vladsan75]

А подбирали по каким критериям?В принципе за время открытого состояния ключа должно установиться напряжение на выходе УВХ.

[dortonyan]

за время открытого состояния ключа должно установиться напряжение на выходе УВХ

Примерно так. Но эти емкости не только определяют быстродействие, они еще нагружают выход ОУ, снижают устойчивость, плюс для мелких емкостей надо учитывать разряд и восприимчивость к внешним помехам. Т.е. подбор данных емкостей есть перебор компромиссов.
Подбирал сначала в симуляторе, потом со скопом и спектроанализатором по уровню интермод. Основные критерии - гармошки, интермоды, быстродействие, глитч, как-то так.

[vladsan75]

И еще,если не трудно,расскажите поподробнее как подбирали коэффициенты для варианта на DAC8805,какими приборами пользовались?

[dortonyan]

Коэффициенты подбирал на глаз. Для этого генерятся сигналы небольшой амплитуды, центр которых пересекает интересующий участок шкалы. Если имеется диф. нелинейность, то на этом участке соотв. будет разрыв функции сигнала. Далее подгоняется значение коэф-та, пока не будет устранено смещение на калибровочном сигнале. Это касается не только DAC8805, а вообще любого ЦАП. Аналогичный способ калибровки описан в ДШ на DAC729, только там это делается в аналоге.
Ну и еще можно корректировать коэф. для выравнивания INL, но это процесс не итерационный, немного на ощупь.
Из приборов то, что описано в материале - карта ASUS Xonar D2.

P.S.
Кстати говоря, сейчас я бы попробовал применить вместо DAC8805 конвертер от аналога - AD5557/5547. В 8805-ом по видимому используется более сложное сегментирование, чем то, что изображено в ДШ. Поэтому не удается простыми способами полностью устранить диф. нелинейности.

[vic57]

Всегда знал, что моя малая Родина не обеднела на талантливых и неравнодушных.

[dortonyan]

Спасибо vic57, и вам
Правда тут замешан не столько талант, сколько любопытство, ну и некоторая доля фанатизма.

[vladsan75]

Неужели вы делали настройку на всех 2^11 участках шкалы?

[dortonyan]

Нет конечно, я состарюсь быстрее , да и плисина нужна тогда другая - с RAM.
Я же здесь все описал: https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post1943285
В принципе, можно и все 2^11 обмерить, но только автоматизированным стендом.

[vladsan75]

Да нет,Алексей,я помню ,что вы говорили про количество коэффициентов.Т.е.,в принципе,можно настроить первые восемь коэффициентов на восьми участках шкалы,а остальные восемь в середине шкалы,на маленькой амплитуде по наименьшим искажениям?

[vic57]

Спасибо vic57, и вам
Правда тут замешан не столько талант, сколько любопытство, ну и некоторая доля фанатизма.

Offтопик:
Ну и это,если без фанатизма, не грех...Будете в наших пенатах- милости просим.

[dortonyan]

vladsan75, калибровка диф. нелинейностей выполняется не по спектрам, а по осциллограммам низкоуровневых сигналов. Каждый коэф-т подстраивается на соотв. точке шкалы в которой нужно устранить диф. нелинейность, а не на середине шкалы. На середине нужно калибровать только если там есть диф. нелинейность. Говорю же, смотрите даташит на DAC729, там описана аналогичная калибровка для 4-х старших разрядов и приводятся значения кодов, на которых калибруется диф. нелинейность R-2R матрицы.
А еще лучше - разберитесь с причиной нелинейностей ХП параллельных ЦАПов. Когда поймете как эти нелинейности получаются - тогда и поймете как выполнять калибровку.

[vladsan75]

Да нет,я ,в принципе,достаточно хорошо понимаю что такое DNL и INL,и с настройкой DAC729 все понятно,и понимаю почему в R-2R матрицах настраиваются в основном старшие разряды.Только в одиночном R-2R ЦАПе,в звуковом применении,нам обсолютно неважно ни смещение нуля,ни усиление(т.е. величина Uоп).Но при совмещении 2х ЦАП уже необходимо учитывать величину смещения нуля(а вернее разницу нулей-т.е. это один из поправочных коэффициентов) и,тем более что мы применяем весовые сопротивления со своей погрешностью,масштабирующий коэффициент,который выровняет КУ 2х ЦАП с учетом погрешности весовых сопротивлений.Но,так как умножить на дробное число число в ПЛИС мы не можем,заменяем сложением,причем коэффициент будет меняться в соответствии с уровнем сигнала.Поэтому то я и спрашивал Вас про конкретную реализацию методики подбора коэффициентов для младших разрядов старшего ЦАП.Но,в любом случае,спасибо за ответы и интересную и красивую идею,дальше с методикой подбора коэффициентов разберусь сам.

[dortonyan]

с настройкой DAC729 все понятно

А откуда тогда вопросы? У меня калибровка R-2R части выполняется точно так же, только в цифре. Т.е. 4-ре подстроечника в аналоге эквивалентны 4-ем коэф-там в цифре.

Только в одиночном R-2R ЦАПе,в звуковом применении,нам обсолютно неважно ни смещение нуля,ни усиление(т.е. величина Uоп).

Совершенно верно.

Но при совмещении 2х ЦАП уже необходимо учитывать величину смещения нуля(а вернее разницу нулей-т.е. это один из поправочных коэффициентов)

Не смещение, а усиление. Смещение в любом случае пофигу.

Но,так как умножить на дробное число число в ПЛИС мы не можем,заменяем сложением,причем коэффициент будет меняться в соответствии с уровнем сигнала.

Ой-ой-ой, чет вы намудрили. : дробные числа, умножения... Все это конечно можно реализовать, но не нужно.
Все проще: диф. нелинейность возникает только при переключении разрядного резистора матрицы (или элемента сегмента). Соот-но нужно подбором коэф-тов устранить эту нелинейность, сгенерив сигнал на учаске, где меняется только интересующий элемент/разряд. Именно это сделано в описании калибровки DAC729. Сопротивление резистора, вносящего погрешность может быть либо больше, либо меньше требуемого значения. Соот-но коэф-т либо прибавится, либо отнимется. Стыковка по амплитудам конвертеров при этом получается сама-собой. Т.е. вся задача сводится к ликвидации диф. нелинейностей на конкретных точках шкалы. Погрешность INL при этом примерно равна среднему арифметическому от погрешностей DNL после калибровки. Но для корректировки INL тоже доп. арифметика не требуется, проще подправить коэф-ты и отклонившись от идеальных DNL выровнять INL.
Вот и се.

P.S.
Кажется я понял, почему у вас получается так сложно. Вы не стой стороны решаете задачу: пытаетесь калибровать ХП ЦАП.
А нужно калибровать погрешности резисторов матриц. Результат одинаковый, но подходы к решению совсем разные.