В продолжение USB цапостроения

[dortonyan]

Мой первый проект - очередной цап, выполненный по схеме USB кодек - ASRC - DS-DAC.
На этот раз применен цап от аналога AD1853.
Схемотехника в общем типовая.
Спасибо форумчанам за огромное кол-во информации и наработанных схемотехнических решений. Благодоря этому проблем с устройством практически не возникло и был получен заведомо хороший результат.
Фото платы, а так же схема в PDF прикреплены.
На первый раз не обошлось без багов:
Не удалось реализовать внутрисхемное программирование контроллера - запроектировал ему питание 3.3v, не учтя, что шьется он только на 5-ти вольтах.
В добавок мелкие но к счастью несмертельные баги разводки и шелкографии (просто по невнимательности).
Неожиданная проблема возникла только одна - разбаланс токовых выходов ЦАП, который почему-то пропадает при отключении мастерклока. Результат - +50..60мВ на выходе в обоих каналах. Как позже выяснилось - с этим столкнулся не только я и уже придуманы решения данной проблемы - обсуждение в теме ЦАП Helios153. Спасибо Ромычу за изящное решение проблемы . Зашунтировав соответствующие емкости по входам i/u преобразователей 100к резисторами постоянка была устранена, а остатки выбраны подстроечником выходного фильтра.
К сожалению не могу выложить спектры искажений - вчера накрылись входы а может и АЦП звуковушки ASUS XONAR D2 .
Скажу лишь на словах что по предварительным замерам утилитой Rmaa из комплекта звуковой карты уровень гармоник (1кГц -1Дб) USB цапа был на 8..9дб ниже ASUS-овской. Так же удалось поиграться с различной частотой дискретизации. Выяснилось, что с частотой не кратной генератору цапа уровень гармоник примерно на 3дб выше нежели с кратной.
Звук само сабой очень приятный и легкий, даже несмотря на полное отсутствие пленки. Нижний регистр очень глубокий и даже черезчур мощный, но это похоже из-за АЧХ наушников Sennheizer PX100.

Также я успел поиграться и с измерением излучаемых помех - обычной замкнутой петлей на вход ослика 150Мгц. Оказалось, что в данном диапазоне наиболее шумный прибор - сам ЦАП - 1853, ASRC давал уровень раза в полтора меньше (возможно из за более низкого напряжения питания), а PCM2706 и ADUM1400 примерно в 4..5 раз меньше. Отчего возникают некоторые сомнения в целесообразности применения гальванической развязки в схемах с DS цапами.

По случаю починки звуковухи предоставляю спектры сего изделия.

[Audiomaniac]

dortonyan, тестовый синус, с которым получены спектры в архиве, сделан с дизерингом? Разрядность какая?

[dortonyan]

dortonyan, ASRC имеет не бесконечную величину подавления джитера это надо учитывать.

В смысле..., а с реклоком это не пофиг?

Для цапа с оос в выхлопе картинки спектра навевают грусть.

Да на больших уровнях гармоники около -95дб, я думал для 16bit ЦАП нормально, других спектров 16-ти разрядных параллельников не видел. В любом случае это гармоники самого ЦАП, а не выхлопа, т.к. они очень сильно зависят от подстройки линейности ЦАП.

---------- Добавлено в 11:42 ---------- Предыдущее сообщение в 11:38 ----------

тестовый синус, с которым получены спектры в архиве, сделан с дизерингом? Разрядность какая?

Синус: встроенный генератор 1Khz TONE спектраплюса, режим семлинга: 192кГц, 24бит.

Offтопик:
Правда режим АЦП звуковушки сейчас неизвестен, дрова байт-бластер не стали на семмерку, чтобы прошить плисину пришлось обратно ставить ХР, а там хрен разберешь режимы аудиоустройств.

[Audiomaniac]

В любом случае это гармоники самого ЦАП, а не выхлопа,

Ессно..

попробуй вот эти сигналы, это 16 битный синус с дизерингом

https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post1403864

[dortonyan]

Спасибо, попробую. Но тут еще одна неприятность: посмоттрел осцилограмму на малых уровнях, оказалось АЦП звуковушки работает в режиме 16bit, в семерке аппаратный режим можно поменять, а в ХР нельзя (по крайней мере я не нашел).

[Audiomaniac]

Спасибо, попробую. Но тут еще одна неприятность: посмоттрел осцилограмму на малых уровнях, оказалось АЦП звуковушки работает в режиме 16bit, в семерке аппаратный режим можно поменять, а в ХР нельзя (по крайней мере я не нашел).

т.е. если в самом спектралабе менять режим входа 16/24 бита, то в спектре ничего не меняется?

[Lexus]

dortonyan, отключите калибровочные поправки и посмотрите уровень шума. Если ниже -110...-120 dBFS, то работает 24 бита. Попутно вопрос. Шкала в dBV p-p, а показываете 0 dB как максимальную амплитуду на выходе DAC. Это как? Насколько знаю, 0 dBV p-p соответствует 2.8284v p-p.

[dortonyan]

отключите калибровочные поправки и посмотрите уровень шума. Если ниже -110...-120 dBFS, то работает 24 бита

Да так и есть, видимо я ошибся и АЦП работает в 24bit режиме.

Шкала в dBV p-p, а показываете 0 dB как максимальную амплитуду на выходе DAC. Это как? Насколько знаю, 0 dBV p-p соответствует 2.8284v p-p.

Элементарно. Подогнал коэф. калибровки . При автокалибровке уровень получался около +11Дб при 4Vp-p на выходе ЦАП.
Кстати, не расскажите почему 0 dBV p-p соответствует именно 2.8284V p-p? И можно ли эту величину изменить в спектраплюсе?

P.S.
Попробовал сделать замеры на тестовых сигналах, спектр гармоник примерно такой же , только шумовая полка ровнее, без подъема от 2кГц.

[dortonyan]

Наконец шаманства с прошивкой плисины завершены (наверное).
Изначально объем выбрал с запасом, т.к. не знал какие требования к таймингам вывода данных из ASRC. Оказалось там на выходе два 32bit регистра с данными, включенные посл-но (для правого и левого каналов), а выбор регистра при считывании определен сигналом LRCK. Поэтому алгоритм считывания данных получился весьма простым: по 16 клоков на канал, т.е. пачками по 32 клока, с той же частотой битклока, что и для ЦАП. В итоге первоначальный проект занял всего 50 ячеек.
Стал выдумывать, чем заполнить плисину, прикинул возможность реализации линейного интерполятора, вроде должен влезть. И действительно - влез. Заработал правда не сразу, сперва в сигнале присутствовал сильный шум. Перешил плисину несколько раз, пока не допер, что при суммировании отсчетов надо инвертировать старший разряд. После исправления все заработаоло. В итоге удалось реализовать режимы 1х, 2х, 4х и 8х(4х ASRC + 2х линейная интерполяция).
На оставшихся ячейках, как бонус реализовал подстройку тайминга преобразования с дискретностью 32 положения в диапазоне между пакетами данных в режиме 8х, которрая задается с помощью 5-ти разрядов, выведенных на конфигурационую колодку.
В приложении архив с файлом tdf, в нем весь описанный изврат на AHDL : general_1851.rar

[Lexus]

Кстати, не расскажите почему 0 dBV p-p соответствует именно 2.8284V p-p? И можно ли эту величину изменить в спектраплюсе?

Это стандартная величина: 0 dBV RMS = 1 V RMS, 0 dBV p-p = 2.8284 V p-p. Именно такое отношение потому, что так соотносятся среднеквадратичное значение (RMS) и значение от пика до пика (p-p). SpectraPLUS будет рассчитывать поправки таким образом, чтобы получить соответствие стандартным значениям. Если нужно отклониться от истинных значений, то следует либо самостоятельно подгонять поправочные коэффициенты, либо при калибровке по опорному входному сигналу указать программе, что это 1 V RMS. Тогда 0 dBV RMS будет соответствовать уровень опорного сигнала.

[dortonyan]

либо при калибровке по опорному входному сигналу указать программе, что это 1 V RMS. Тогда 0 dBV RMS будет соответствовать уровень опорного сигнала.

Можно тут поподробнее?
Я делал калибровку так: включаю генератор на пару сотен герц, меряю RMS значение на выходе ЦАП мультиметром, в меню значения калибровачного сигнала вписываю измеренное значение. Затем жму "измерить входной сигнал", и спектраплюс сам вписывает коэффициенты. При этом на осциллограмме амплитуда сигнала отображается правильно, но на спектре уровень калибровачного сигнала оказывается на 15Дб выше нуля (для амплитуды на выходе ЦАП 6Vp-p). Я так и не понял, почему?

[Lexus]

Все правильно. В меню калибровки можно выбрать единицы для шкалы в децибелах - dBV RMS или dBV p-p. Очевидно, у Вас установлены p-p, поскольку 2 вольта среднеквадратичного значения составляют 6 dBV RMS. Если нужно, чтобы 2 V на выходе DAC соответствовали 0 dBV RMS, при калибровке укажите программе, что это 1 V RMS. Только при публикации таких спектров следует оговаривать этот момент, иначе будет путаница. Либо же убирать со спектров подпись "dBV".

Да на больших уровнях гармоники около -95дб, я думал для 16bit ЦАП нормально, других спектров 16-ти разрядных параллельников не видел.

Я вчера тестировал плату с PCM58P-K. На больших уровнях такая же картина - вторая гармоника -95 dBFS. Правда у меня на выходе используется BUF03.

[SergioT]

В смысле..., а с реклоком это не пофиг?

я тоже так думал лет пять назад, оказывается нет.

Для работы 1896 важно как соотношение частот в т.ч. с мастер клоком, так и джиттер приведенный ко входу.
Ты ведь реклочишь то что на выходе 1896 а что у нее будет на выходе зависит от этих факторов.

---------- Добавлено в 12:25 ---------- Предыдущее сообщение в 12:14 ----------

. В итоге удалось реализовать режимы 1х, 2х, 4х и 8х(4х ASRC + 2х линейная интерполяция).

Ну и как оно играет (на мой ух не пошла)

[dortonyan]

Если нужно, чтобы 2 V на выходе DAC соответствовали 0 dBV RMS, при калибровке укажите программе, что это 1 V RMS

Все понял, если указать значение калибровачного сигнала "1" и единицу измерения сделать такую же как в шкале графика, то спектр отображается от нуля.

Для работы 1896 важно как соотношение частот в т.ч. с мастер клоком, так и джиттер приведенный ко входу.

Да, действительно. Но это проблема любой асинхронной системы, а не отдельно взятого ASRC.

Ну и как оно играет (на мой ух не пошла)

В сравнении с нормальными ЦФ - не знаю, не пользовал. В целом, по сравнению с цапами на 1853 и 1796 - не особо устраивает, хотя в чем-то и лучше.
Дальнейшие изыскания буду делать с разными типами ОУ и/или ЦАП-ами, сомневаюсь, что ЦФ является в данном случае узким местом.

Что примечательно, чем ниже коэф. передискретизации, тем ниже гармоники на 1кГц. При смене с 8х на 4х вторая гармоника падает на 1Дб, при смене с 4х на 2х - падает еще на 1.5Дб.
Вероятно это вызвано уменьшением влияния глитча преобразования. На сигнале 19кГц картина с интермодами обратная, и выраженна более явно, т.е. тут передискретизация оказывается весьма полезной.
Из таких наблюдений напрашивается вывод, что оптимальная система для R-2R цапы должна быть построена на ЦФ с 2х..4х передискретизацией, и восстанавливающим фильтром 4-го..5-го порядка.
Так же, к моему удивлению, оказалось возможным пользовать цап в режиме 1х (ASRC в байпассе), я ожидал шума, треска или еще чего, т.к. подавление ФНЧ на ЧД в таком случае всего 6Дб.

[dortonyan]

Приветствую читателей ветки.
Оказалось цап нужно "греть" и тоносительно долго. За три недели (с момента публикации фото) звук изменился до неузнаваемости: от уровня "так себе" до "шикарно" (ну шикарно по моим меркам, т.к. линксов и роговых с гагариным я не слышал ).
В первые дни решил, что просто привыкает слух, попутно сверялся с ASUS-овской карточкой, в итоге оказалось меняется звук, причем конкретно. Даже сейчас прогрев не закончен, каждый день слышится улучшение. Аналогичная ситуация и с цапом на PCM1702.
Схему однако по ходу подкорректировал, в частности поднял напряжение питания и поубавил в нем керамики. Так же поднял полюс ФНЧ, все таки даже небольшой завал на 20кГц заметен, т.к. начинается рано дабы сильно не калечить ГВЗ. Возможно еще сказывается кривизна фазы, в общем решил, что лучше слегка недофильтровать, чем портить фазо-частотные хар-ки фильтра.
Обновленную схему перезалил в пост #55: https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post1501328
Туда же закинул дополнительно еще кучу спектров гармоник и интермодуляций на разных ур-нях и частотах, которые наделал походу.

[aal]

Туда же закинул дополнительно еще кучу спектров гармоник и интермодуляций на разных ур-нях и частотах, которые наделал походу.

Анализ их говорит о том, что у вас походу 16 битный тестсигнал был? или я ошибаюсь?

[dortonyan]

Возможно.
Сигнал генерил с встроенного генератора в спектраплюсе. Судя по тому, что уровень этого генератора нельзя сделать меньше -96Дб наверное он 16-тиразрядный.
А что именно, по вашему в спектре на это указывает?

[aal]

Наличие гармоник мало зависящих от уровня сигнала. Общий спектр показался мне грязноватым, особенно в кол-ве гармоник, но здесь участвует как минимум 4 для меня неизвестных фактора и вполне возможно, что я не совсем верно интерпретирую графики...

Более показательно было бы сделать (пусть даже 16 битный) тестовый сигнал на частоту не кратную частоте дискретизации, (лучше чтоб иррациональная дробь была в отношении частот) + дизеринг. Для сравнения показательно было бы по два измерения: -5дб и -80дб. Сравнение таких пар о многом может рассказать. + выложите аналогичные спектры для вашей измерительной карты - будет с чем сравнить....

[dortonyan]

Более показательно было бы сделать (пусть даже 16 битный) тестовый сигнал на частоту не кратную частоте дискретизации

Там нет частот кратных частоте дискретизации, есть 900Гц, 1КГц и выше, а дизеринг в младший разряд делает сама AD1896. Впрочем я пробовал записанный тестовый сигнал (см. обсуждение выше) - принципиальных оттличий нет.

Для сравнения показательно было бы по два измерения: -5дб и -80дб

Это именно для R-2R цапов?

[aal]

Это именно для R-2R цапов?

Какая разница На стационарном сигнале и ДС будет себя вести так же.

[dortonyan]

Какая разница

Очень и очень существенная. Если для ДС цап вполне достаточно спектров на двух крайних ур-нях, то для R-2R - чем больше - тем лучше, т.к. у них хар-ка преобразования менее предсказуемая и скажем на -10Дб уровень гармоник может запросто оказаться выше, чем на 0Дб.

выложите аналогичные спектры для вашей измерительной карты - будет с чем сравнить....

Вот спектры ASUS-овского ЦАП PCM1796 синуса 900Гц на ур-нях -5 и -80 Дб. Режимы ЦАП и АЦП 24bit 192KHz, грязь на НЧ - наводки на кабель.