Дилетантский вопрос про sigma-delta

[tomtit]

Вот наскоро сочинил примитивную модель однобитного сигма-дельта модулятора 4-го порядка,
подал на вход синус 20-бит проапсэмпленный до 256*Fs.
Смотрите что получилось ...
Почему никто не использует столь простой подход ?
Ищем грабли ..., учим теорию.

[tomtit]

Да, каждый из резисторов участвует в каждом уровне ДАК равное время.
Смысл ДЕМ - превратить нелинейность в широкополосный белый шум низкого уровня, который затем
по большей части отфильтровывается.

[shkal]

А там всегда именно шум получается при нешумовых входных сигналах? Что-то типа idle tones не возникает?

[tomtit]

Еще один этюд на тему проектирования дельта-сигма ДАК.
Последняя идея - искать приемлимое разложение выхода 7-уровневого МАШ модулятора в систему
из нескольких двоичных функций, удовлетворяюших двум противоречивым условиям.
С одной стороны, сумма выходов должна дать сигнал идентичный или близкий к тому, что на выходе модулятора.
С другой стороны, каждый из выходов должен генерировать равное и минимальное к-во переходов на код. Это
необходимо для искоренения межкодовой интерференции и уменьшения чувствительности к джиттеру клока.

Пока найдено приемлимое решение для 4-х бинарных выходов.
Можно полюбоваться результатом.

Синиий - входной синус.
Красный - выход модулятора.
Темно-зеленые - 4-бинарных выхода.
Светло-зеленый - выход после суммирования.
Два последних двоичных выхода надо брать со знаком минус.

З.Ы. К модулятору приложен также TPDF дизеринг +-1МЗР, оверсэмплинг выбран 96х для удобной тактовой 768x44.1.

[155ла3]

С другой стороны, каждый из выходов должен генерировать равное и минимальное к-во переходов на код.

По поводу минимального - получается всегда два перехода на символ...
Можно подробнее про параметры FFT ?

[Electrovoicer]

С интересом слежу за темой. Возможно, уже сейчас стоит подумать, на сколько реальная аппаратная реализация испортит данные прекрасные начинания. В частности, неидентичность токов выходов, неидеальность сумматора токов, конечная GBW ОУ в ФНЧ, кросстолки, джиттер и прочее. Сейчас мы можем оценить только совершенство той или иной модели модулятора.

[155ла3]

Offтопик:
155LA3: В FFT ничего особенного. Беру окно 4х-Блакмана-Харриса.
Тестовая частота должна быть нечетной гармоникой. Длина от 64К до 2048К
в зависимости от конечного оверсемплинга.

так в #64 какие параметры fft?

[tomtit]

155LA3: FFT - 524288 points.
Electrovoicer:
Неидеальность типа разброса Ron ключей и резисторов оценивалась и моделировалась. Особых проблем не нашел.
Для ИУ я уже постил схему с GBW=100ГГц.
Основные враги - опора и джиттер клока.

[Audiomaniac]

А когда намечены натурные испытания? Или это все просто игра ума?

[ZugDuk]

tomtit,
Может лучше однобитник ? Первоначальная затея ИМХО правильней была.

Не любит аудио сложностей и модных фенечек. Чем проще подход, тем лучше результат (на слух). Даже среди однобиток выход наверное лучше в DSD, а не в PWM.

[dortonyan]

Offтопик:

Не любит аудио сложностей

Сложности не любят разработчики
Да и судя по отзывам, самые лучшие конструкции - далеко не самые простые и хорошо проработаны в теории.

[tomtit]

Дело в том, что идеологически неправильно начинать изучение принципов дельта-сигма преобразователя
с однобитного 1-го порядка, как это делается в подавляюшем большинстве "букварей".
Это только наводит "тень на плетень".
На самом деле однобитные модуляторы - это предельный случай, наиболее сложный для анализа и отладки.
Во-вторых, часто путают однобитные модуляторы с однобитными ДАКами. Например у многих МАШ
однобитный выход, но модуляторы у МАШ в принципе всегда многобитные.
Обяснять работу ДС лучше всего с позиций классической теории ОС.
ДС ДАК - это модель усилителя с очень глубокой ООС и нелинейным выходным каскадом.
Неидеальность "усилителя" легко устраняется выбором достаточной разрядности вычислений.
Остается только задавить гармоники выходного каскада - квантайзера очень глубокой ООС.
Первым и фундаментальным требованием для стабильности цифровой ОС является условие,
чтобы задержка на 1 клок не создавала большого сдвига фазы на частоте единичного усиления в петле ОС.
Это выражается в требовании, что Фс < 1/6..1/8 от частоты сэмплинга.
То есть, для типичного оверсэмплинга х64 (стандарт DSD, SACD), мы должны сделать частоту среза ОС примерно х10, что
значительно хуже обычного низкочастотного ОУ.
Поэтому для эффективного подавления гармоник выходного каскада необходим очень крутой спад АЧХ,
инеем 100-120дБ на 20кгц и 0дб на 400-500КГц.
Вот и приходится выполнять "усилитель", как длинную цепочку интеграторов
со сложными обратными связями.
Во вторых, нужно принимать во внимание, что ООС - это рычаг, которым поднимают
характеристики в небольшой полосе частот, где ОС глубокая (короткое плечо рычага), за счет значительной деградации
в очень широкой полосе (около двух декад) вокруг частоты единичного усиления (длинное плечо рычага).
Становится очевидной очень важная роль антиалиасингового фильтра-интерполятора на входе,
который должен убирать ВСЕ составляюшие сигнала выше звуковых частот.
Eсли же нормальный апсэмплинг до частоты модулятора заменен на сэмпл-холд или другой примитив для экономии бабла,
то частота ступенек сигнала x8 как раз лежит вблизи среза ОС ...
Отсюда ясно, что современные звуковые ДС от ТИ и АД - отстой, как я и убедился
прослушивая их фирменные эвалюэйшн борды. Особенно гадко звучит 1793 на фирменной плате,
сделанной в Японии и набитой аудиофильскими пленочными кондерами, мьюзами и прочей требухой
местного производства (Аудио подразделение ТИ находится в Японии).

[sia_2]

Совершенно верно. Теория систем с глубокой ООС одна, и SDM - классический пример.

Offтопик:
Я еще в 1998 году, когда делали для китайцев клон PCM1717, предложил руководству Ангстрема не ограничиваться копированием хлама, а сделать одно нормальное патентно-чистое ядро сигма-дельта ЦАП, и уже на его основе сделать пин-совместимые варианты для всех типовых ЦАП, чтобы легально торговать ими, имея бонус в виде значительно лучшего реального качества. Но уровень менеджмента на предприятии был настолько низок, что они просто не поняли, какой можно было тогда поиметь рынок (микросхемы одни из самых дорогих и в то же время весьма массовые и технологичные в производстве). Причем были и решения, позволявшие снизить энергопотребление "честного" интерполятора до приемлемых величин на КМОП процессе 0.8...1 мкм с двумя металлами, правда, ценой очень муторной - почти полностью "ручной" разработки топологии (за счет использования динамической логики/триггеров и бит-сериальной обработки). Но на тот момент топология в основном руками и рисовалась, синтез из RTL только-только начинали пытаться использовать.

[tomtit]

Offтопик:
Не огорчайтесь, Сергей, уровень менеджемента везде одинаков ...
Видимо это какой-то неизвестный закон природы.

[Denisius]

Offтопик:
Законы природы как известные, так и не очень, они не поставлены в зависимость от территории на которую распространяют своё влияние.
Закон - "Я манагер, Я рулю, хачу питсот тыщь и мне пох...", похоже прижился лишь в РФ...

[Candidate]

Offтопик:
Думаю, менеджеры везде одинаковые (об этом, например, говорят схожие анекдоты про них в разных странах), просто в России отсутствуют ну хоть какие-то сдерживающие факторы, поэтому и имеем то, что имеем.

[pokos]

Offтопик:
Я еще в 1998 году, когда делали для китайцев клон PCM1717, предложил руководству Ангстрема не ограничиваться копированием хлама, ...

Offтопик:

В том далёком году мышление руководства "Ангстрема" было поражено убогим принципом "если у буржуев такой микросхемы нет, то нам она не нужна". Ввёл этот принцип один известный человек, бюст которого установлен на территории ВУЗа, что через дорогу от завода. Конечно, когда-то это позволяло экономить небогатый ресурс, но заведомо ставило нашу электронику в положение догоняющего.

[krulfa]

Становится очевидной очень важная роль антиалиасингового фильтра-интерполятора на входе, который должен убирать ВСЕ составляюшие сигнала выше звуковых частот. Eсли же нормальный апсэмплинг до частоты модулятора заменен на сэмпл-холд или другой примитив для экономии бабла, то частота ступенек сигнала x8 как раз лежит вблизи среза ОС ... Отсюда ясно, что современные звуковые ДС от ТИ и АД - отстой, как я и убедился прослушивая их фирменные эвалюэйшн борды.

Иными словами, ошибка проектирвщиков современных ЦАП в том, что они применили 8x передискретизатор и потом его выходной сигнал подали на убогий 8x DS модулятор?
Или что они вообще попытались втиснуть ЗЧ с полосой 100 кГц в пресловутые x64, а нужно было тихо в тряпочку оставить 25 кГц?

[tomtit]

На очередном витке спирали понимания ДС модуляторов возврашаюсь к
крамольной мысли, а не вернуться ли к идее высказанной в посте в посте #1?
То есть, наплевать на умные статьи и изощренные архитектуры и решить все грубой силой.
Взять частоту клока модулятора 1024х, сделать однобитный ДСМ 4-го порядка по структуре CIFB -
цепочка интеграторов с ОС. Такая архитектура считается за 2 клока тактовой без умножений,
приклеить CIC4 интерполятор х8->х512, который тоже считается за 2 клока. На выход поставить сдвиговый
регистр на 4 бита и суммировать 8-ю резисторами дифференциально, типа ШИМ-ДЕМ.
Оверсемплинг получится 512х, что сразу дает фору 48дБ по сравнению с мультибитными решениями.
После этого просто забить на дизеринг и прочие хитрости.
И весь модулятор с апсэмплером х8->х512 помещается на 1 страницу исходника.
Чего-то даже не верится, блин ...

[pokos]

...Взять частоту клока модулятора 1024х, сделать однобитный ДСМ 4-го порядка по структуре CIFB...

Можно, конечно. Только нужно будет добавить в ключи по 0,5нс апертурной неопределённости, да перед выходным ФНЧ ещё пару нс на диф. выходе.
Тогда уж и посмотреть.

[ZugDuk]

крамольной мысли, а не вернуться ли к идее высказанной в посте в посте #1?
То есть, наплевать на умные статьи и изощренные архитектуры и решить все грубой силой.

Вот вот. Я о том же.