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:

[demon_rt]

Есть например Chord Hugo, где Spartan6 и м/с ЦАП как таковой не

Это устройство преобразует цифру в аналог по принципу мультибитных ЦАП а не DSD

---------- Сообщение добавлено 15:21 ---------- Предыдущее сообщение было 15:19 ----------

Там установлены резисторные сборки с низким ppm, на них подается PCM поток через сетку триггеров для развязки джиттера FPGA

[lionel]

Это устройство преобразует цифру в аналог по принципу мультибитных ЦАП а не DSD

---------- Сообщение добавлено 15:21 ---------- Предыдущее сообщение было 15:19 ----------

Там установлены резисторные сборки с низким ppm, на них подается PCM поток через сетку триггеров для развязки джиттера FPGA

Там вроде 4 триггера на канал? То есть это 4-бит преобразование? Или там AFIR?

[sia_2]

Там вроде 4 триггера на канал? То есть это 4-бит преобразование? Или там AFIR?

Коротенький AFIR, так сделано просто ради выпендрежа и одновременно экономии денег/потребления - микросхемы ЦАП с хорошей "аналоговой" частью прилично кушают и стоят не шибко дешево.

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

Я делал подобный прототип, к сожалению, в "дискретном" варианте узким местом оказывается SNR. Получить лучше 115...120 дБ (невзвешенных) без ущерба для линейности и субьективного качества не получается. "Красивые" цифры для подобных устройств получаются только с некоторым мухлежом, когда для вычисления SNR берется шум паузы, а не шум в присутствии сигнала.

[lionel]

Коротенький AFIR, так сделано просто ради выпендрежа и одновременно экономии денег/потребления - микросхемы ЦАП с хорошей "аналоговой" частью прилично кушают и стоят не шибко дешево.

Вам такие известны?

---------- Сообщение добавлено 13:51 ---------- Предыдущее сообщение было 13:46 ----------

Я делал подобный прототип, к сожалению, в "дискретном" варианте узким местом оказывается SNR.

Есть и топ-девайсы с подобным подходом, EMM Labs например.

[sia_2]

Вам такие известны?

---------- Сообщение добавлено 13:51 ---------- Предыдущее сообщение было 13:46 ----------



Есть и топ-девайсы с подобным подходом, EMM Labs например.

Угу. Только в этом деле неизбежен некоторый мухлеж ради красивых цифр. Честно SNR писали dCS, но они могут себе это позволить - они были первыми на рынке.
Что касается чипов - если брать только "цифроаналоговый" кусок, не ЦФ, даже такая древность как SM5865 или AD1955, уже практически недосягаемы для "россыпных" решений, конкурировать с ними может только очень громоздкий длинный AFIR. А последний Asahi Kasei - вообще не оставляет шансов.

[maxssau]

Offтопик:

для вычисления SNR берется шум паузы, а не шум в присутствии сигнала.

случаем не когда реле МУТЕ замыкает выход ЦАПа на землю

[lionel]

Угу. Только в этом деле неизбежен некоторый мухлеж ради красивых цифр. Честно SNR писали dCS, но они могут себе это позволить - они были первыми на рынке.
Что касается чипов - если брать только "цифроаналоговый" кусок, не ЦФ, даже такая древность как SM5865 или AD1955, уже практически недосягаемы для "россыпных" решений, конкурировать с ними может только очень громоздкий длинный AFIR. А последний Asahi Kasei - вообще не оставляет шансов.

Другая сторона в том, что чипы по фазовым шумам с "россыпухой" не могут конкурировать.

Интересно, есть ли информация по тому, какое семейство и тип логики используется при производстве тех же AK4499? Потому как и от этого зависят фазовые шумы. Ну а еще от перекрестных помех в питании.

Тут вот говорилось, что 5865 звучит интереснее 1794. В 5865 нет ЦФ, то есть уже меньше логики и как следствие помех в питании. Не в этом ли по крайней мере одна из причин того что оно лучше играет?

[sia_2]

Offтопик:


случаем не когда реле МУТЕ замыкает выход ЦАПа на землю

Нет, не так жульнически. Там модифицируется сам поток данных, чтобы исчез шум в аудиополосе.

Другая сторона в том, что чипы по фазовым шумам с "россыпухой" не могут конкурировать.

Кстати, миф. Фазовый шум аппаратного вентиля внутри кристалла (заказного, не ПЛИС!) всегда меньше, чем у "дискретного" вентиля со входными/выходными буферами. Просто по причине того, что его задержка на порядок-пару порядков меньше, и выше крутизна фронтов сигнала.

[lionel]

Кстати, миф. Фазовый шум аппаратного вентиля внутри кристалла (заказного, не ПЛИС!) всегда меньше, чем у "дискретного" вентиля со входными/выходными буферами. Просто по причине того, что его задержка на порядок-пару порядков меньше, и выше крутизна фронтов сигнала.

Для того, чтобы не быть голословным, придется растворять в плавиковой кислоте чип, добираться до ключей и мерять на них?

Я честно говоря после отслушивания вариантов на дискретке уже никогда в это не поверю. Особенно если смотреть на 1955, 1794 и подобное с одним вводом мастерклока и одним питанием цифровой части.

[maxssau]

Offтопик:

с одним вводом мастерклока и одним питанием цифровой части

а как нужно в идеале? есть литература? вопрос очень интересный

как дела обстоят у CS4398? в нём VD, VLS, VLC (соответсвенно цифровое, питание аудио порта и порта управления) раздельное и теоретически могут даже иметь разные логические уровни

у новых циррусовских чипов (CS43131 и т.п.) только 2 питания (аудио порт и питание цифровой части)

[lionel]

Offтопик:


а как нужно в идеале? есть литература? вопрос очень интересный

ES9018 и 9038 это шаг в сторону улучшения, там питания разделены, при этом мастерклок на отдельном. Там конечно еще есть I2C но он же не всё время работает?

[demon_rt]

Тут вот говорилось, что 5865 звучит интереснее 1794. В 5865 нет ЦФ, то есть уже меньше логики и как следствие помех в питании. Не в этом ли по крайней мере одна из причин того что оно лучше играет?

То что 5865 играет лучше многих дельтасигм подтвердят большинство слушателей SM -ок.

Секрет мне кажется не связан с отсутствием цифрового фильтра. В реализации 1794 у меня тоже использовался внешний ЦФ. Думаю все нюансы в исполнении выходного аналогового тракта самого чипа ЦАП и фильтрации помех квантования.

[Alex]

В чем его преимущество перед триггером?

Более чистые сигнала на выходах.

[sia_2]

Для того, чтобы не быть голословным, придется растворять в плавиковой кислоте чип, добираться до ключей и мерять на них?

Попробуй, померь. Там вообще-то других проблем хватает, я много раз писал об этом - производителю микросхем в первую очередь нужны красивые цифры при минимуме потребления, и он на многое сознательно кладет болт. Хотя дырочку, чтобы сделать приличный звук, нормальные разработчики оставляют.

Я честно говоря после отслушивания вариантов на дискретке уже никогда в это не поверю. Особенно если смотреть на 1955, 1794 и подобное с одним вводом мастерклока и одним питанием цифровой части.

Э, тут просто "уметь готовить" надо. Другое дело, что на россыпи это немного проще, и можно выпендриться, типа у меня не как у всех. Но формальные параметры у подобных извращений - получаются так себе, ничего особенного.

[demon_rt]

Более чистые сигнала на выходах.

Дело скорее не в чистоте сигнала, триггер между фронтами клока обеспечивает константное состояние на выходе. А вот с обеспечением референсного напряжения фиксированного уровня есть проблема. Судя по документации есть некое небольшое окно в пределах которого будет гулять уровень. В промышленно изготовленных ЦАП, на сколько мне известно, эта проблема решается применением токовых зеркал.

[sia_2]

Да, но они сами часто довольно шумные, и в результате появляется рост шума в присутствии сигнала. Эффект почти тот же, что и при джиттере.

[Alex]

риггер между фронтами клока обеспечивает константное состояние на выходе. А вот с обеспечением референсного напряжения фиксированного уровня есть проблема.

Конечно, поскольку оно зависит от питания, которое как правило питает не толко ам триггер а и еще кучу всего.
Поэтому я и рекомендую буфера с бвумя питаниями, и питать выходную часть от отдельных, малочумящих стабов, которые больше не питают ничего.
Заодно и это питание может быть не 3.3в как триггеры а 1.8 или 5в.

[demon_rt]

Конечно, поскольку оно зависит от питания, которое как правило питает не толко ам триггер а и еще кучу всего.

Дело не в том, что на выход триггера наводится помеха по питанию, а в том что его выход не создавался для использования в подобных системах, его задача удержать уровень 1 в заданном пределе относительно питания и все. Даже при наличии референсного чистого питания, выходной уровень будет гулять (в силу температурного дрейфа, изменения сопротивления нагрузки и пр.), меняя тем самым площадь под кривой единичного импульса, заряжающего конденсатор.

[sia_2]

Да. Поэтому MSB в качестве ключей, задающих напряжения на R-R-....R-2R матрицах использует быстродействующие драйвера затворов.

[Alex]

Даже при наличии референсного чистого питания, выходной уровень будет гулять (в силу температурного дрейфа, изменения сопротивления нагрузки и пр.), меняя тем самым площадь под кривой единичного импульса, заряжающего конденсатор.

Но все равно это лучше, чем прямо с триггеров.