TDA1541 ЦАП

[ready]

Добрый день!

Интересуюсь DIY ЦАП проектами на чипе TDA1541*. Подскажите пожалуйста с чего вообще начать?
Где купить адекватные схемы, можно уже готовую. Где можно почитать про сборку схема-питание-корпус? На выходе я хочу получить ЦАП который будет получать внешнее питание от розетки 220v, usb, optical входы, 2xRCA выход.
Из того что я нашел это:
http://www.ebay.com/itm/Hi-End-CD-DA...53.m1438.l2649
адекватный ли это вариант?

[Сухоруков Сергей]

Не, ну там же должен быть определённый уровень сигнала, чтобы ключи начали переключаться. А уровень там меньше, чем с конденсатором.

Это несложно проверить. Если ключи не переключаются, пульсаций битовых токов не будет, даже при отсутствии конденсаторов, сглаживающих битовые токи.

[Hrun]

Ну, хорошо. Так то вопрос детский, но раз уж обсуждаем...
Куда тыкать осциллографом? На выводы для сглаживающих конденсаторов или на выход всего устройства?
При отсутствии конденсатора на выходе пульсации, по крайней мере, меньше. А то и нет.

[Сухоруков Сергей]

На выводы для сглаживающих конденсаторов

Да.

При отсутствии конденсатора на выходе пульсации, по крайней мере, меньше. А то и нет.

Раз пульсации всё-таки присутствуют, значит, ключи переключаются. Но переключения неупорядоченные.

[Hrun]

Хорошо. Посмотрим ещё.

[Игорь Гапонов]

С 1541 в варианте с внешним конденсатором всё очень просто: осцилл горячим концом к любой ноге 16-17, холодный к общему. Если генерация есть и тогда в исправной микре есть и DEM-переключение, то должна быть хитрая и достаточно стабильная пила порядка единиц вольт размаха (точно скока не помню) + отрицательное смещение порядка -12В. Синхра осцилла - по сигналу. Если конденсатор не ставить, то генерация не стабильна, так как ёмкость останется только паразитная и будет зависеть от того как звёзды встанут, вплоть до того, что от близости рук начинает работать или от щупа осцилла.

С 1541 в варианте с внутренним конденсатором как пишут эти ваши интернеты возможны два под варианта - контакты обкладок внутреннего конденсатора выведены на ноги 16-17 и не выведены. Во втором подварианте сигнал переключения ловиться осциллом не будет никогда, хоть ставь конденсатор хоть не ставь - коню понятно. И есть ли DEM или нет его можно понять только через довольно тонкие измерения - точность 1% по уровню нелинейности и лучше. Но в первом подслучае в исправной микре DEM и "ловля осциллом" по ногам 16-17 будет всегда хоть ставь хоть не ставь внешний кондёр.

Какой из трёх твой - скорее всего первый вариант или первый подвариант. Если тебя или ты сам себя при измерениях осциллом не обманул.

[Hrun]

Ды, первый, конечно. Всё там так и есть. Хитрая пила той амплитуды. Но у меня и на выходе что-то меняется при включении/выключении конденсатора. Просто я рассматриваю не всю синусоиду 1 кГц, а первую ступеньку (фильтров то нет).
На нулевом сигнале тоже отличия есть.

[Hrun]

Немного новостей по поведению TDA1541R1 при отсутствии конденсатора DEM-генератора.
Начало здесь.

Игорь был прав – генератор не работал. То, что на выводах микросхемы присутствовало, не приводило к работе DEM. В частности, это могли быть помехи, наводимые самим щупом осциллографа. Было там 64Fs BCK (2,8224 МГц) слабых по амплитуде.

В качестве доказательства остановки генератора приведу два факта. Во-первых, на выводах для фильтрующих конденсаторов (которые отсутствуют) ничего интересного без задающего конденсатора не наблюдается. С конденсатором – какой-то сигнал какой-то частоты, зависящей от частоты генератора. Только что-то какая-то у них там зависимость странная. Ну, не знаю. Возможно, зависимость и нормальная. Допустим, частота на выводах для фильтрующих конденсаторов в 4 раза меньше частоты генератора, но, например, осциллограф влиял на работу генератора и изменял его частоту во время измерений. Поэтому получалась кратность от четырёх до пяти.

Во-вторых, а это главное, удалось детализировать сам шум при отсутствии работы DEM-генератора. По сути, это большой (на 6 младших разрядов, -60 дБ) скачок на главном переходе (от -1 (FFFFh) к 0 (0000h)). Скачок отрицательный, то есть положительная и отрицательная ветки характеристики ЦАП как бы надвигаются друг на друга. Ну, вот так снижется точность этого ЦАП при отсутствии DEM. Можно предположить, что из-за одинаковой технологии у других TDA1541 происходит то же самое.
Как удалось обнаружить. Помог синус 1 кГц разной амплитуды: 0дБ, -6 дБ, -12 дБ, -18 дБ, -30 дБ, -60 дБ, -90 дБ, -96 дБ (2 кГц). Если на уровнях до -12 дБ искажений гармонического сигнала не слышно, то, начиная с -18 дБ, они становятся заметными и различимыми на экране осциллографа. На уровне -60 дБ нижняя и верхняя полуволны меняются местами.
Файл сигнала с частотой 2 кГц по уровню -96 дБ представляет собой набор значений 0 и +1 (то есть 0000h и 0001h). То есть в ЦАПе нет главного перехода. Этот сигнал слышно, как и должно быть слышно – очень тихо. На осциллографе ничего не видно.
В файле сигнала 1 кГц по уровню -90 дБ уже есть значения -1, 0, +1 и даже, иногда, +2 (FFFFh, 0000h, 0001h, 0002h). Главный переход есть – на выходе ЦАП и тон 1 кГц и шум по уровню -60 дБ. Это уже прекрасно видно осциллографом.

Таким образом, если у вашего TDA1541 наблюдается цифровой шум на низких уровнях сигнала, то, скорее всего, не работает DEM. Обратное тоже верно – если не работает DEM, то будут точность может снизиться до 10 битного уровня.


Также интересно ещё, что на выход (фильтров то никаких нет) проникают побочные продукты работы DEM. И не только. Довольно много комбинаций разных сигналов при наличии/отсутствии DEM, наличии/отсутствии сигнала на входе ЦАП и его уровня. Причём уровень этих шумов значительно больше уровня полезного сигнала (при -90 дБ), а эти шумы не слышно, так как они высокочастотные. Всё это у меня законспектировано, но писать, наверное, смысла нет. О чём это всё скажет...

[Hrun]

Следующим очевидным экспериментом было изменение ёмкости конденсатора, задающего частоту DEM-генератора.

В начале я ничего не слушал, а просто уменьшал ёмкость и смотрел, как меняются частоты в разных местах: на самом конденсаторе, на выводах для фильтрующих конденсаторов (напомню, что они у меня отсутствуют) и на выходе всего ЦАПа. Во всех этих местах следы работы DEM есть.
Сложная там зависимость частоты от ёмкости и ещё не понятно, что на неё влияет. Перечислю три основных фактора, которые, как я понял, влияют в моих измерениях: сам осциллограф, импульсы BCK, импульсы LRCK. Проблема в том, что у меня не получалась строгая пропорциональность всех частот: на конденсаторе, на выводах для фильтрующих конденсаторов, на выходе ЦАП. Но всё это при изменении ёмкости изменялось: при и увеличении уменьшалось, при уменьшении увеличивалось. Соотношение частот на задающем конденсаторе и на выводах для фильтрующих составляло приближённо от 4 до 5. Частота импульсов на выходе ЦАПа была равна или немного меньше частоты задающего генератора. Как то так всё коряво. Ну, думаю, ориентироваться надо на ту частоту, которая на выходе всей схемы.

Ёмкость конденсатора я опустил до 22 пФ (керамика). И DEM работала. Плохо, но работала. Критерий работоспособности читайте в предыдущем сообщении. Частота при этом была 3,4 МГц на выходе ЦАП. Но мне понравилось 39 пФ (керамика), так как совпали частоты на генераторе и на выходе ЦАП – 1,86 МГц.
Взял для прослушивания при помощи коммутатора две ёмкости 560 пФ (слюда) и 39 пФ (керамика). В одном варианте подключались только 39 пФ, в другом – оба конденсатора параллельно (600 пФ). При ёмкости 600 пФ частота генератора была в районе 200 кГц, на выходе – в районе 40 пФ.

Несмотря на то, что многие рекомендуют повышать частоту DEM, при большей частоте оказалось хуже. Не по звуку, а объективно. По измерениям. По звуку разницы заметно не было. Да и зачем её выслушивать, если на синусе чётко были слышны искажения при меньшей ёмкости.
Вот, что представляет собой синус частотой 1 кГц по уровню -60 дБ.

Шумовые прямоугольники на верхней полуволне при уменьшении времени развёртки выглядят так.

Это как раз частота генератора 1,86 МГц.
Верхняя полуволна на самом деле не верхняя, а нижняя, так как мой выхлоп инвертирует сигнал. То есть, импульсы появляются только на токах меньше половины шкалы (2 мА), когда в двоичном коде в старших разрядах нули, в дополнительном коде – единицы, но правильнее, конечно, ориентироваться на двоичный.
Эти то импульсы и добавляют искажений при высокой частоте DEM-генератора. Точнее, добавляют искажений они всегда, но при большей частоте генератора их больше. Поэтому и искажений больше.

Результаты сравнительного прослушивания гармонических сигналов ЦАПа с ёмкостью 39 пФ относительно ёмкости 600 пФ с использованием коммутатора. 600 пФ принято за эталон, так как явных искажений не было обнаружено.
-96 дБ, 2 кГц – больше грязи;
-90 дБ, 1 кГц – больше грязи и громче (появилась ступенька);
-60 дБ, 1 кГц – заметны искажения;
-30 дБ – аналогично;
-18 дБ – аналогично;
-12 дБ – слышно вблизи.
Интересно, что такого рода искажения импульсами заметнее значительно более сильных искажений, которые возникают при работе без DEM-генератора (см. предыдущее сообщение). Очевидно это из-за того, что искажения импульсами менее коррелированны с сигналом.

Для следующего сравнения были выбраны слюдяные ёмкости 470+130 пФ (600 пФ) и 130 пФ. При 130 пФ частота импульсов DEM на выходе ЦАП была 700 кГц. Результаты сравнения с 600 пФ:
-96 дБ – одинаково;
-90 дБ – громче;
-60 дБ – заметны искажения, но есть ощущение, что что-то подобное присутствует и при 600 пФ;
-30 дБ – слышно искажения;
-18 дБ – разницы между 130 пФ и 600 пФ не заметно;
до 0 дБ – аналогично.
По сути, разница между 39 пФ и 130 пФ в отсутствии грязи при 130 пФ, какая была при 39 пФ.

Затем попробовал измерить уровни сигнала на выходе ЦАПа при помощи звуковой карты.
Регулятор уровня был установлен так, что -30 дБ составляло около -6 дБ звуковухи. Поэтому её нелинейность не так сильно влияла на результаты измерений.


Таким образом, в отличие от результатов предыдущих исследований, я не вижу смысла в повышении частоты работы DEM-генератора.
Тут нужно сделать две оговорки.
1. При установке фильтрующих конденсаторов, возможно, что-то изменится. Но это не обязательно. Если фильтрация получится линейной, то ничего не изменится. Если же ЦАП внесёт в фильтрацию нелинейность, то возможны улучшения.
2. Возможно, предыдущие исследования проводились на слух, в результате чего были сделаны неверные выводы. На слух субъективно искажения могут внести пространства и «воздуха».

[Игорь Гапонов]

Интересно, а как оценивались "уровни громкости" ниже -60дБ? Неужели в той самой "установке" крутили ручку входного уровня? (судя по тексту "

Результаты сравнительного прослушивания гармонических сигналов

" таки да). Ну, тогда установку эту вашу- в сад.

[Hrun]

Интересно, а как оценивались "уровни громкости" ниже -60дБ?

Анализ спектра в Audition. По высоте палки 1(2) кГц на спектрограмме.

Ну, тогда установку эту вашу- в сад.

О чём речь???
Системный (Windows) регулятор уровня записи, естественно, на месте стоял. Точнее даже (вспомнил) ползунок просто на максимуме был.

[Игорь Гапонов]

И как же вы услышали разницу? Или то "сравнительное прослушивание" не с вами случилось, а с аудишном?

[Hrun]

Там много разных тестов. Их описания разделены пустыми строками. Измерение уровня делалось для совсем других целей. Я там решил оценить свой порог слышимости. Но потом засомневался и решил проверить, как соотносятся в реальности -60 дБ и -90 дБ. Как видно, засомневался не зря.
А так, всё услышанное соответствует увиденному.

Таблица на самом деле малоинформативна. По сути, её правая часть (600 пФ) несёт больше информации о тестовых сигналах, чем о ЦАПе. Сигналы с уровнями -90 и -96 дБ сложно назвать гармоническими. -96 дБ я вообще сам склепал как-то, чтобы только один разряд менялся. Соответственно, уровень основного тона там больше -96 дБ, что и подтверждается измерениями. А ЦАП, вполне возможно, что и выдаёт честные -96 дБ. -90 дБ генереровал Audition, но там, как я уже писал ранее, не два разряда изменяются, а три. Возможно, в том числе и поэтому ЦАП выдаёт побольше. А гармоники, так они там вообще обязаны быть. Да и уровень их... Меньше -96 дБ.

[joni]

Аудифильская Правда !

[joni]

у tda 1541 есть свой неповторимый шарм .

---------- Сообщение добавлено 14:03 ---------- Предыдущее сообщение было 14:01 ----------

многие ее за это у любят . но ограничения самого чипа , не позволяют тягаться с молоничком типа топ от AK .

[Hrun]

Так тут дело в том, что мои последние результаты наводят на мысли о причинах этого шарма

[Hrun]

Для следующего сравнения были выбраны слюдяные ёмкости 470+130 пФ (600 пФ) и 130 пФ. При 130 пФ частота импульсов DEM на выходе ЦАП была 700 кГц. Результаты сравнения с 600 пФ:

Теперь результаты сравнительного прослушивания с использованием этой штуки.
Слушал утром. Час грел усилитель.
При 600 пФ нашёл сначала больше "воздуха", меньшую маскировку тарелок другими звуками.
При 130 пФ нашёл в звуке какую-то кривизну. Небольшую.
Вот и всё, что получилось при прослушивании музыки.
Это всё удалось различить на CD Empyrium - Songs of Moors and Misty Fields (с 1 по 3 дорожки).
4 раза подряд в слепом тестировании получились одинаковые результаты. Ошибок не было.
Затем был CD Joan Osborne - Relish. К концу первой композиции удалось однократно зафиксировать похожий результат. Потом запутался.
Была ещё Мельница - Дорога сна, но там тоже ничего услышать уже не удалось. Всё одинаково.

---------- Сообщение добавлено 15:39 ---------- Предыдущее сообщение было 15:32 ----------

Файл сигнала с частотой 2 кГц по уровню -96 дБ представляет собой набор значений 0 и +1 (то есть 0000h и 0001h). То есть в ЦАПе нет главного перехода...
В файле сигнала 1 кГц по уровню -90 дБ уже есть значения -1, 0, +1 и даже, иногда, +2 (FFFFh, 0000h, 0001h, 0002h). Главный переход есть...

Пока игрался, заметил, что проигрывание файла -90 дБ сопровождается довольно сильным широкополосным шумом, амплитуда которого, возможно, больше самого тона. При прослушивании (ухом к динамику) файла -96 дБ такого шума нет. Вывод очевиден - слышно все те же самые коммутационые помехи, в создании которых в первом случае участвуют все разряды (главное старшие), а во втором один младший.

[Walter]

Hrun,
А может всетаки засинхронизировать ДЕМ и ...
ну это снизит остроту впечатлений от вовлеченности в процесс... прослушивания экспериментирования.

[Hrun]

Walter, это, конечно, тоже планируется, но теперь уже понятно, что это будут частоты не выше 4Fs. Скажем Fs, 2Fs, 4Fs.

Сейчас пробовал ёмкости 470 пФ и 470+130 пФ. На слух при прослушивании упомянутых ранее файлов с гармоническими сигналами разницы не выявлено вообще.

Замечу также, что по всем трём питаниям помех от DEM не замечено.

[Hrun]

По сути, это большой (на 6 младших разрядов, -60 дБ) скачок на главном переходе (от -1 (FFFFh) к 0 (0000h)).

Это, кстати, немного объясняет, почему DEM использовано в шести старших разрядах. Устранение погрешности каждого разряда за счёт применения DEM происходит на 6 дБ. Начиная с уровня -60 дБ применяя DEM в старших шести разрядах уменьшим погрешность на 36 дБ, то есть до требуемых -96 дБ.

[Hrun]

На текущий момент подбор конденсатора для DEM-генератора при работе TDA1541 без 14 фильтрующих конденсаторов считаю законченным.

Пробовал разные ёмкости. При мгновенном изменении ёмкости результаты сравнения одинаковые:
- 94 дБ (в реальности там именно -94 дБ, а не -96 дБ, как я писал ранее) – одинаково;
- 90 дБ – ЦАП с меньшей ёмкостью звучит громче;
- 60 дБ – при меньшей ёмкости в звуке больше звона, при 1030 пФ его уже почти не слышно;
- 30 дБ – разница слышна;
- 18 дБ – разницы в звуке не заметно.

Немного фактов (см. лист Экселя). Дельта от -90 – погрешность ЦАП при воспроизведении синуса 1 кГц по уровню -90 дБ. Погрешность положительная.
Брал номинальные значения ёмкостей. Пока не измерял фактические. Как померяю, возможно, перестрою первый график, если будут серьёзные изменения.


Померял ёмкости, перестроил график.


Небольшие комментарии.
Ёмкость 600 пФ выигрывала у всех меньших, но соответствующая частота DEM уже ниже 4Fs. Поэтому дальше я спускаться уже не планировал. Попробовал сравнить две близких частоты: рядом с 4Fs (521 пФ; 178 кГц; 4,04Fs) и 196 кГц (4,44Fs; 470 пФ). Чуда не произошло. Звучало одинаково во всех тестах и гармонике на спектре все те же.
Поскольку снижение частоты по всем параметрам было благотворно, решил рискнуть и попробовать опуститься в район 2Fs. Непосредственно до 88,2 кГц не дотянул, но это и не принципиально. В чём риск? Напомню, что фильтрующих конденсаторов у меня пока нет, поэтому повышение точности преобразования за счёт использования DEM происходит в усилителе/динамиках/ушах. При 2Fs полное уравновешивание токов произойдёт за период, соответствующий 1/2Fs. Это означает, что два соседних сэмпла в среднем будут воспроизведены с высокой точностью, но каждый из них в отдельности может содержать погрешность на уровне около -70 дБ. По частотам получается, что 10 кГц будут воспроизводиться как должны, но на 20 кГц можно ожидать проблемы.
На практике эти проблемы обнаружились в появлении слабого шума нарастающего, как раз, от 10 кГц к 20 кГц. В левом канале такого шума было больше. На слух, кстати, при прослушивании синуса он приятнее звона при 470 пФ.
Много сравнивал 1000 пФ и с 220 пФ, и с 470 пФ. Однозначно, что 1000 пФ не хуже. Особое внимание обращал на звучание тарелок. Так вот, в слепом тесте значительно большее число раз отдавал предпочтение 1000 пФ. Поэтому и сделал вывод, что 1000-1200 пФ при работе без фильтрующих конденсаторов будет нормально.

Не раз приходилось читать утверждение «И это всё слышно!» в отношении типа конденсатора в DEM-генераторе. Поставил слюду и керамику по 1000 пФ. Осциллограф, мгновенное переключение, слепое прослушивание – всё как положено. Я думаю, понятно? Да? Разницы не было нигде. Да и с чего бы ей быть??? Испортить качество DEM-мультивибратора невозможно даже самым похабным конденсатором. Так как хуже уже некуда. Стабильность и этот генератор – вещи не сочетаемые.

Ещё был важный интересный эксперимент с изменением напряжения на выходе ЦАП (описание здесь). Была надежда, что улучшение коммутации при смещении на выходе как-то изменит импульсы, порождённые работой DEM. Если бы они даже не исчезли, а просто появились на другой полуволне, то можно было бы и частоту DEM вернуть на место (470 пФ). Но тут тоже чуда не произошло. Поднял напряжение аж до 170 мВ – импульсы DEM те же. Потом поставил на уровне 60 мВ и посмотрел спектры (импульсы то понятно, что те же остались). Со спектрами всё так, как и у других людей. В одном канале чётные гармоники пропали совсем, в другом – заметно уменьшились. При прослушивании файлов с гармоническими сигналами всё то же самое. Но линейность, наверное, получше, так как самая нижняя точка на втором графике получена именно с напряжением 60 мВ на выходе. Но не стал я их оставлять. Вернул свои -30 мВ. Просто без лишних деталей в схеме спокойнее.


Дальнейшие эксперименты очевидны. Поставить таки фильтрующие конденсаторы, посмотреть, как будет влиять ёмкость конденсатора в DEM-генераторе на линейность ЦАПа с ними, и попробовать ещё снизить частоту генератора при необходимости. И, второе, попробовать синхронный DEM. Хотя, на текущий момент, кажется, что это практически ничего не даст. Частота важнее. Может только шуметь в синхронном режиме будет поменьше. Но кого бы он волновал, этот шум на неслышимом уровне.