Пробуем расшифровать TDA1541

[Сухоруков Сергей]

Микросхема TDA1541(A), разработанная фирмой Philips в 80-е годы, по сей день представляет интерес для самодельщиков и ценителей хорошего звука благодаря естественному звучанию ЦАПов на её основе. Секрет – в использовании уникальной схемотехники с динамическим усреднением взвешенных двоичных токов.

Однако использование этой микросхемы представляет определённые трудности из-за недостаточной информации о её структуре. Datasheet на TDA1541 очень скуп и невразумителен. Сведения о внутренней схемотехнике TDA1541, почерпнутые из других источников, нередко противоречивы.

Это, с одной стороны, приводит к сложностям проектирования ЦАПа на этой замечательной микросхеме, в частности, организации грамотной обвязки. С другой стороны, TDA1541 обнаруживает ряд недокументированных способностей, например, способность работать от источников цифрового потока с перепадом логических уровней менее 400 мВ.
Чтобы как-то разобраться в структуре TDA1541 я прочитал немало форумов, определённости они почти не добавили. Наконец, наткнулся (спасибо коллеге s3tup) на монографию 1989 года “High-speed and high-resolution analog-to-digital and digital-to-analog converters” Rudy van de Plassche, одного из разработчиков семейства TDA1540, TDA1541, TDA1541A. Картина прояснилась, хотя не полностью. Некоторые аспекты остались в плотной пелене тумана, например, устройство входных каскадов, принимающих цифровой поток, роль источника -5В и т.д.
По материалам указанной монографии, данным из datasheet и по материалам с некоторых форумов diyAudio я попытался воссоздать внутреннюю схемотехнику TDA1541(A). Получившаяся схема неполна (возможно, кто-то дополнит), но, как мне представляется, окажет помощь тем, кто использует эту микросхему в своих разработках.

Результат моих изысканий – в приложении.

[Сухоруков Сергей]

Чуда не будет.

Что ж, поживём - увидим.

---------- Добавлено в 15:41 ---------- Предыдущее сообщение в 15:39 ----------

Практически все известные мультибитные Delta-Sigma используют DEM, причем гораздо более продвинутый вариант, чем в 1541.

Вообще-то, речь шла о так называемых "параллельных" мультибитниках. Дельта-сигма ЦАПы - это отдельная песня.

[Игорь Гапонов]

(Белка +1!)
Предположим, что используется 256*Fd=256*44kHz=113MHz DEM-коммутатор (на пределе силиконовых возможностей, чи за их пределами). Получим: 256=128+64+32+16+8+4+2+1+1(аукс), т.е. такая "истинно 8-ми битная" DEM-ячейка обслуживает именно восемь источников разрядных токов. Предполагая, что с "кварцевой нестабильностью" в DEM-ЦАПе может быть достигнута точность в E-7 (-140дБ), получим для 24-х битного ЦАПа всего лишь на битрейт 44кГц/24бита минимум три ячейки. Но каждая ячейка жрёт при том минимум 3 вольта. Получается питание больше 9В. Вопросы?

P.S. Вверху ошибка, конечно 256*Fd=256*440kHz=113MHz. Т.е такой мифический DEM-ЦАП тянет битрейт 440кГц/24бита.

[Сухоруков Сергей]

Выкладываю перевод главы 7 монографии van de Plassche.

[Вячеслав_М]

А вот интересно все таки, - питание +5V больше относим к аналоговому. Хотя в его следах слишком много составляющих от 44кГц и тактовой. И подавить их на уровне миливольта не простая (хотя и не слишком сложная) задача. Так есть ли отношение этого питания к внутренней логики И2С, или это все таки наводки, и эта логика питается от -5V (ну там сдвиг уровня и пр.). Но отфильтровать это питание - в разы проще.
И имеет ли под собой основание некоторых - уменьшать уровни шины И2С чуть ли не до полутора вольт?

[Arena]

А вот интересно все таки, - питание +5V больше относим к аналоговому. Хотя в его следах слишком много составляющих от 44кГц и тактовой. И подавить их на уровне миливольта не простая (хотя и не слишком сложная) задача. Так есть ли отношение этого питания к внутренней логики И2С, или это все таки наводки, и эта логика питается от -5V (ну там сдвиг уровня и пр.). Но отфильтровать это питание - в разы проще.
И имеет ли под собой основание некоторых - уменьшать уровни шины И2С чуть ли не до полутора вольт?

Нет. Имеет смысл просто разделить питание на отдельные обмотки. А подавляются они хорошей керамикой или фильтром.

[Сухоруков Сергей]

Так есть ли отношение этого питания к внутренней логики И2С

Отношение есть, поскольку без +5В было бы не добиться ТТЛ-совместимости входов 1541.

И имеет ли под собой основание некоторых - уменьшать уровни шины И2С чуть ли не до полутора вольт?

Смысл есть, поскольку энергия помех от цифровых сигналов пропорциональна квадрату амплитуды этих сигналов. Входные каскады 1541 способны работать от сигналов с размахом менее 0,4 В (правда, с постоянным смещением около 1,2 В) - вот и делайте выводы.

Здесь подробное обсуждение входных уровней 1541:
http://www.diyaudio.com/forums/digit...41-info-3.html

[Игорь Гапонов]

А вот интересно все таки, - питание +5V больше относим к аналоговому. Хотя в его следах слишком много составляющих от 44кГц и тактовой. И подавить их на уровне миливольта не простая (хотя и не слишком сложная) задача. Так есть ли отношение этого питания к внутренней логики И2С, или это все таки наводки, и эта логика питается от -5V (ну там сдвиг уровня и пр.). Но отфильтровать это питание - в разы проще.
И имеет ли под собой основание некоторых - уменьшать уровни шины И2С чуть ли не до полутора вольт?

Балакин прав: внутри и 1541 и 1540 нет "звёздной развязки" по всем напряжениям питания. Т.е. можно найти контур, через "не паразиты" охватывающий два любых источника напряжения питания. Он несколько лет назад где-то в здешней ветке про борьбу 1543 с 1541 давал та то ссылку на забугорную диевскую ветку.

Немного о другом. Обратите внимание, как организованы выходные ключи. Одно плечо дифкаскада ключей прибито навсегда на выходной ширчик, другое прибито навсегда к +5V. Оторвав прибитое к +5V, можно было бы получить аналоговую "противофазу" по инвертированному коду, ведь в принципе все равно куда подсоединять другой конец "датчика тока" (преобразователя I/U) к +5V или к 0.

[Сухоруков Сергей]

Оторвав прибитое к +5V, можно было бы получить аналоговую "противофазу"

"Оторвав" - это как? Чтобы висело в воздухе? Или подключить всё же куда-то?

[Вячеслав_М]

Имеет смысл просто разделить питание на отдельные обмотки. А подавляются они хорошей керамикой или фильтром.

Конечно - обмотки должны быть разделены. Мало того - своя обмотка на -15v и свои на i\u преобразователь. Все это себя окупает в звуке.

Здесь подробное обсуждение входных уровней 1541:
http://www.diyaudio.com/forums/digit...41-info-3.html

Именно это и читал когда-то.
Там советуют резистивно-диодные делители как вариант. Мне просто интересно - кто-то в своих конструкциях на этом форуме использует подобное?

[Сухоруков Сергей]

Именно это и читал когда-то.
Там советуют резистивно-диодные делители как вариант. Мне просто интересно - кто-то в своих конструкциях на этом форуме использует подобное?

Я пробовал. Реально работает. Посмотрите, например, здесь:
https://forum.vegalab.ru/showthread....TDA1541A/page8

[Игорь Гапонов]

"Оторвав" - это как? Чтобы висело в воздухе? Или подключить всё же куда-то?

Нет. Просто "до конца" модифицировать бит-ключи (они же там их модифицировали относительно 40-й). Ведь бит-ключ на самом деле работает на "перекид" (т.е. внутри одного бит-ключа на самом деле два ключа на размыкание/замыкание, работающие в "противофазе") и можно было бы легко и просто организовать симметричный выход.Филипки по какой-то причине этого не сделали.

[Сухоруков Сергей]

можно было бы легко и просто организовать симметричный выход

То есть, условно говоря, посадить левый транзистор не на +5В, а на землю через другую нагрузку (дифференциальную)? Это вариант. Можно было бы заодно исключить +5В из аналоговых цепей.

Но в готовой м/с ничего не изменишь. А так много чего напрашивается. Например, задействовать в аналоговых цепях только источник -15В, убрав зависимость от -5В.

[Игорь Гапонов]

Лучше из правого диода сделать обратно () транзистор и подключать среднюю точку диффнагрузки к +5V: у источников тока будет выше внутреннее сопротивление

Offтопик:
Тенденции же аудиоиндустрии порой веселят. Согласитесь, в ЦАПах для середины шкалы на выходе логичнее иметь ноль вольтажа, а не "полпитания однополярного".

[Сухоруков Сергей]

Лучше из правого диода сделать обратно транзистор и подключать среднюю точку диффнагрузки к +5V.

Наверное, можно и так, но мне больше по душе отвязка аналогового сигнала от +5В, раз уж +5В используется в цифровых цепях на входе. А внутреннее сопротивление можно повысить и по-другому.

[Вячеслав_М]

Я пробовал. Реально работает. Посмотрите, например, здесь:
https://forum.vegalab.ru/showthre...TDA1541A/page8

Спасибо, поэкспериментирую.

[Сухоруков Сергей]

Решил проверить сигналы на DEM-выводах (выводы 16,17) TDA1541A при штатной синхронизации с помощью встроенного мультивибратора с эмиттерными связями. Меня давно терзали сомнения по поводу качества этого решения. Осциллограммы – в приложении. На первой картинке показаны сигналы на выводе 16 (на выводе 17 сигнал аналогичен со сдвигом по фазе) при штатной емкости DEM-конденсатора – 470 пФ. Вторая осциллограмма соответствует ёмкости 160 пФ.
Видно, что при штатной ёмкости конденсатора генерируемая частота в данном случае составляет 217 кГц (для периода, выделенного вертикальными метками), а для уменьшенной ёмкости – 952 кГц.
Плохо то, что интервалы времени между пиками всё время меняются – частота флюктуирует. Это означает сильный джиттер тактового сигнала. Причём, это характерно для разных значений времязадающей ёмкости.
Если посмотреть картинку с более высокочастотным сигналом, видно, что период, отмеченный метками занимает примерно половину деления. А в предыдущем периоде, слева, расстояние между пиками явно больше (где-то на 30%), чем половина деления по горизонтали. Два периода справа похожи на контрольный период, а третий – заметно больше (тоже где-то на 30%). Это означает: 1) безобразный джиттер тактового сигнала; 2) формируемые сдвиговым регистром тактовые интервалы будут неравномерны, внося ошибку в работу активных делителей тока.
Не радует взор и картинка с низкочастотным сигналом. Например, период справа от контрольного по продолжительности заметно меньше, чем контрольный, обозначенный вертикальными метками.
К тому же ещё и амплитуда сигналов сильно меняется.
Вот такой вот этот зверь – штатный DEM-клок.

[Sanny]

Решил проверить сигналы на DEM-выводах (выводы 16,17) TDA1541A при штатной синхронизации с помощью встроенного мультивибратора с эмиттерными связями. Меня давно терзали сомнения по поводу качества этого решения. Осциллограммы – в приложении. На первой картинке показаны сигналы на выводе 16 (на выводе 17 сигнал аналогичен со сдвигом по фазе) при штатной емкости DEM-конденсатора – 470 пФ. Вторая осциллограмма соответствует ёмкости 160 пФ.
Видно, что при штатной ёмкости конденсатора генерируемая частота в данном случае составляет 217 кГц (для периода, выделенного вертикальными метками), а для уменьшенной ёмкости – 952 кГц.
Плохо то, что интервалы времени между пиками всё время меняются – частота флюктуирует. Это означает сильный джиттер тактового сигнала. Причём, это характерно для разных значений времязадающей ёмкости.
Если посмотреть картинку с более высокочастотным сигналом, видно, что период, отмеченный метками занимает примерно половину деления. А в предыдущем периоде, слева, расстояние между пиками явно больше (где-то на 30%), чем половина деления по горизонтали. Два периода справа похожи на контрольный период, а третий – заметно больше (тоже где-то на 30%). Это означает: 1) безобразный джиттер тактового сигнала; 2) формируемые сдвиговым регистром тактовые интервалы будут неравномерны, внося ошибку в работу активных делителей тока.
Не радует взор и картинка с низкочастотным сигналом. Например, период справа от контрольного по продолжительности заметно меньше, чем контрольный, обозначенный вертикальными метками.
К тому же ещё и амплитуда сигналов сильно меняется.
Вот такой вот этот зверь – штатный DEM-клок.

Как вариант-запаять подстроечный кондер и послушать,как будет звучать при разных значениях

[Сухоруков Сергей]

Я думаю можно смело забить на этот джиттер и нестабильность... Полагаю даже, что это было сделано намеренно...

Если Вы почитаете монографию Plasshe, хотя бы главу 7, перевод которой выложен выше, Вы поймёте, что это не так.

---------- Добавлено в 10:33 ---------- Предыдущее сообщение в 10:31 ----------

Как вариант-запаять подстроечный кондер и послушать,как будет звучать при разных значениях

Подстроечник получится громоздким (сотни пикофарад, вспомните радиоприёмники с такими переменными емкостями) и нахватает кучу помех. Да и где его поставишь?!

[Sanny]

Если Вы почитаете монографию Plasshe, хотя бы главу 7, перевод которой выложен выше, Вы поймёте, что это не так.

---------- Добавлено в 10:33 ---------- Предыдущее сообщение в 10:31 ----------


Подстроечник получится громоздким (сотни пикофарад, вспомните радиоприёмники с такими переменными емкостями) и нахватает кучу помех. Да и где его поставишь?!

Скорее намеренно сделана некратность ДЕМ-частоты и частоты ворд-клока- а мгновенные флуктации ДЕМ-частоты не есть гуд

[Сухоруков Сергей]

Скорее намеренно сделана некратность ДЕМ-частоты и частоты ворд-клока

На самом деле всё не так просто. Наличие некратного DEM-клока приводит к появлению биений с сигналами бит-клока и ворд-клока (интерференция сигналов внутри чипа, через подложку).
Кроме того, как обеспечить при таком подходе завершение DEM-цикла в течение преобразования одного семпла? Для этого нужно, чтобы частота DEM-клока была кратна учетверенной частоте Fs.