board_xc7a100_v10

[demon_rt]

Решил создать отдельную ветку.

При эксплуатации первой версии ЦАП board https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=83083 на базе Virtex 4 били выявлены некоторые недостатки:

- Очень сильный нагрев ПЛИС и как следствие всего устройства, в силу примененного старого семейства с большим потреблением.

- Применение программируемого генератора Si570 сильно усложняло проект ПЛИС в из-за реализации конечного автомата программирования, тем самым снижалась общая надежность устройства при переходах между разными Fs. Также параметры фазового шума и точности настройки данного синтезатора уступают константным генераторам с фиксированной частотой.

- Не хватало полной гальванической развязки между цифрой и аналогом.

Ну и еще пару мелких недочетов подвигли на разработку нового устройства.



ТЗ:

- Питание от внешнего импульсного преобразователя постоянного тока, напряжением +12 В.

- Общее потребление устройства с установленными модулями ЦАП в районе 10 Вт.

- Все элементы должны находиться на одной двухслойной плате, за исключением двух модулей ЦАП.

- Цифровые входы: SPDIF OPt, SPDIF COAX, USB

- Аналоговый выходы: RCA, Phone

- Применение современной ПЛИС с малым потреблением и достаточным количеством блоков DSP для обработки.

- Полная гальваническая развязка по питанию и сигнальным линиям между цифровым и аналоговым трактами.

- Реализация USB на процессоре Atmel (с возможностью использования драйверов от аманеро)

- Аттенюатор на реле.

- Применение генераторов аналогового тракта с низким фазовым шумом

- Наличие энергонезависимой ПЗУ для хранения настроек (уровень аттенюатора, селектор вх. вых. и др)

- Интегрированный усилитель для наушников на мощных буферах ( очень хорошо показали себя LM49600 в прошлой версии)

- Защита по DC в усилителе для наушников

- Все управление одним энкодером

- Поддержка управления через инфракрасный ПДУ

- Поддержка VFD дисплея 16х112 точек и реализация графического контроллера в ПЛИС

- Реализация в ПЛИС ЦФ 2048 отвода, 32 бита. и коэффициентами интерполяции х1,х2,х4,х8

Схема:



Внешний вид:

[lionel]

Сейчас DSD конвертируется Jriver -ом в PCM 384 в силу того что SM5865 не имеет входа DSD. В перспективе реализация аппаратного конвертера DSD to PCM на ПЛИС. Транспорт позволяет принять оба формата без проблем.

Готовых IP ядер под такие штуки наверное нет? Какой там может быть алгоритм? Конвертировать в мультибитный формат со снижением частоты, потом фильтр?

[maxssau]

может чем то поможет

https://github.com/clivem/dsd2pcm

https://github.com/lintweaker/mpd-dsd

это конечно нужно всё изучить и выдернуть сам конвертер и так же есть сомнения в том, что написанный ими алгоритм слишком прост, на деле наверное всё таки сложнее

[lionel]

Возможно, и обратная операция будет иметь смысл - то есть воспроизводить DSD как DSD, ну и PCM также воспроизводить как DSD, конвертируя и фильтруя в ПЛИС.
Если посмотреть на PCM1792, то он в DSD режиме работает как скольки-то-там-битный ЦАП, видимо без дельта-сигма, потому как полностью пропадают шумы:

Не помню уже, как там с шумами у SM5865, но тут их вообще нет, это замеры с аналоговой части ЦАП на 1792 с полностью удаленным ФНЧ.

[maxssau]

выборка 50М не мало для DSD?

[lionel]

выборка 50М не мало для DSD?

Там легко видно что частота либо 2.8 либо 5.6 МГц, соответствует подаваемому DSD потоку.

[demon_rt]

Если посмотреть на PCM1792, то он в DSD режиме работает как скольки-то-там-битный ЦАП, видимо без дельта-сигма, потому как полностью пропадают шумы:

Если провести анализ не осциллографом, а спектроанализатором то можно заметить, что все семейство PCM179X в режиме PCM имеет крайне шумный выход, особенно за пределами рабочей полосы. А исходя из того, что в DSD моде модуляторы работают те же, (не используется только ЦФ PCM интегрированный в ЦАП ) мне кажется, что и интенсивность шума в этих режимах будет сходной.

[lionel]

Если провести анализ не осциллографом, а спектроанализатором то можно заметить, что все семейство PCM179X в режиме PCM имеет крайне шумный выход, особенно за пределами рабочей полосы. А исходя из того, что в DSD моде модуляторы работают те же, (не используется только ЦФ PCM интегрированный в ЦАП ) мне кажется, что и интенсивность шума в этих режимах будет сходной.

В PCM да, уровень шумов огромен, на выходе аналога с уровнем 2В 0дб без ФНЧ под 200 мВ (это в 44100, с ростом частоты семплирования уровень уменьшается), а вот в DSD режиме уже всего около 10 мВ, это уже не сам выход а общий уровень. Померьте сами, тем более будет интересно посмотреть что там в широкой полосе.

https://benchmarkmedia.com/blogs/app...rom-a-d-to-d-a

В статье говорится о 4 или 6-бит преобразовании. Думаю, ввиду отсутствия помех в DSD, с 1792 примерно та же ситуация - 6-бит преобразование без ДС модуляторов.

[sia_2]

Да, в direct DSD режиме у них аналоговый FIR.
Примерно так же, как у DSD1700, только источниками тока.

[lionel]

Да, в direct DSD режиме у них аналоговый FIR.

Подскажите, есть ли где-нибудь документация по тому как это там реализовано? 6-битное преобразование вместо 1-бит с той же частотой.

По идее, имея почти полную реализацию логики в ПЛИС, возможно стоит попробовать и сам ЦАП реализовать, с реклоком на хорошей в плане фазовых шумов логике.

[sia_2]

Подскажите, есть ли где-нибудь документация по тому как это там реализовано? 6-битное преобразование вместо 1-бит с той же частотой.

По идее, имея почти полную реализацию логики в ПЛИС, возможно стоит попробовать и сам ЦАП реализовать, с реклоком на хорошей в плане фазовых шумов логике.

Там AFIR, а не "6 бит". Примерно как в DSD1700, только на источниках тока.
Реализовать ЦАП можно, примеров полно, первый серийный - dCS, но параметры, в первую очередь по SNR, будут хуже, чем у специально разработанной для этой цели микросхемы.

[tomtit]

Offтопик:
Предполагаю, что хороший DSD D/A преобразователь может быть выполнен на комбинации схемы на переключаюших конденсаторах,
которая на порядок ослабит эффекты от джиттера, и пассивного LC фильтра, нечувствительного к ВЧ шуму.
Интересно, какое влияние может оказывать нелинейность собственной емкости ключей для "летающего" конденсатора с С=24пФ ?

[sia_2]

Offтопик:
Предполагаю, что хороший DSD D/A преобразователь может быть выполнен на комбинации схемы на переключаюших конденсаторах,
которая на порядок ослабит эффекты от джиттера, и пассивного LC фильтра, нечувствительного к ВЧ шуму.

В теории да, на практике лимитирующим фактором будет нелинейность ключей и зависимость заряда переключения от выходного напряжения.

Offтопик:
Интересно, какое влияние может оказывать нелинейность собственной емкости ключей для "летающего" конденсатора с С=24пФ ?

Зависит от того, на чем "осаживать" заряд. Одно дело на внешнем RLC, другое дело - на внутреннем интеграторе. В первом случае имеем букет проблем, во втором - ключи почти не критичны, зато критичен интегратор

[demon_rt]

будет нелинейность ключей и зависимость заряда переключения от выходного напряжения.

Да есть такие проблемы. Была мысль отказаться от готовых DSD ЦАП и реализовать преобразование на триггере с конденсатором в тандеме с FPGA. Но в силу девиации уровней состояний триггра - получим низкую линейность.

[tomtit]

В теории да, на практике лимитирующим фактором будет нелинейность ключей и зависимость заряда переключения от выходного напряжения.

Зависит от того, на чем "осаживать" заряд. Одно дело на внешнем RLC, другое дело - на внутреннем интеграторе. В первом случае имеем букет проблем, во втором - ключи почти не критичны, зато критичен интегратор

Хотелось бы заметить, что переключающие конденсаторы решают в какой-то мере сразу 2 проблемы.
Первая - уменьшенная чувствительность к джиттеру клока, как уже было упомянуто, а вторая -
нет влияния нелинейного активного сопротивления ключей - переносимый заряд пропорционален только разности напряжений.
Казалось бы все возможные вредные эффекты - косвенные, второго порядка, зависящие в основном от
нелинейности собственных емкостей ключей. Как бы оценить реализуемость простейшей двухфазной схемы,
когда оба вывода ЛК(летающий конденсатор) подключаются на общую землю (или другой фиксированный потенциал) для его разряда,
а смена кода ДСД происходит в середине этого интервала времени. Допустим,
используются дискретные 3.3В КМОП мультиплексоры 2:1 с сопр. канала около 10ом и временем переключения 2-5нс. Емкость ЛК около 24пФ.
Вся схема, конечно, дифференциальная.
Заряд осаживается на емкости порядка 5нФ, это вход активного ФНЧ типа Рауха, который может иметь пассивное входное П-звено (C-L-C),
в случае пассивного звена емкость 5нФ делится на 2 части по 2.7+2.4нФ и между ними вставляется небольшая индуктивность.

Интегратор с нулевым входным сопротивлением и нечувствительный к помехам переключения - это конечно хорошо, но дорого и трудно.

[demon_rt]

Есть несколько тонких моментов, которые хотелось бы понять.
1. Можно ли считать, что на выходе триггера мы получим именно - Vref. Как выходной уровень триггера меняется с температурой и в каких пределах.
Из документации, если я правильно понимаю есть некий разброс выходных уровней, который не очень благоприятно скажется на линейности.


2. У аналоговых ключей есть особенность под названием модуляция ключа управляющим сигналом.

[Alex]

Можно ли считать, что на выходе триггера мы получим именно - Vref. Как выходной уровень триггера меняется с температурой и в каких пределах.

Я после триггеров ставил буфера SN74LVC8T245, и запитывал их выход ототдельного малошумящего стаба.

[demon_rt]

Я после триггеров ставил буфера SN74LVC8T245, и запитывал их выход ототдельного малошумящего стаба.

В чем его преимущество перед триггером?

[lionel]

Кого-нибудь вообще хоть как-то беспокоят фазовые шумы всего этого дела? LVC логика? Тогда уж проще тот же ES9038 взять и не заморачиваться.

[demon_rt]

Кого-нибудь вообще хоть как-то беспокоят фазовые шумы всего этого дела?

Фазовый шум будет определяться генератором и триггером. Думаю проблемы будут связаны с другими вещами. Такими как отклонение линейности.
Так же есть проблема кодозависимости. Две единицы подряд дадут бОльшую энергетику чем две единицам разделенных нолем. Следовательно необходимо формировать поток с прореживанием 0 на более высокой частоте.

[lionel]

Фазовый шум будет определяться генератором и триггером. Думаю проблемы будут связаны с другими вещами. Такими как отклонение линейности.
Так же есть проблема кодозависимости. Две единицы подряд не равны двум единицам разделенных нолем. Следовательно необходимо формировать поток с чередованием 0 на более высокой частоте.

Ну, каким-то образом это решают. Есть например Chord Hugo, где Spartan6 и м/с ЦАП как таковой нет.