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]

Жаль, что Вы не замечаете существенной общности и существенной разницы двух сигналов, несущих Информацию: приборного и слухового. В моих последних сообщениях это всё написано открытым текстом.

Всё это интересно, коллега, но данная ветка о другом.

---------- Добавлено в 11:12 ---------- Предыдущее сообщение в 11:10 ----------

Пробовал играться подбором емкостей, - от 470 до 220 пф. Максимум, что показалось это почти неуловимое расширение стереобазы, если повышать частоту (но скорей всего все таки показалось).

Трудно ожидать заметного эффекта от простого изменения номинала данного конденсатора.

[Sanny]

Всё это интересно, коллега, но данная ветка о другом.

---------- Добавлено в 11:12 ---------- Предыдущее сообщение в 11:10 ----------



Трудно ожидать заметного эффекта от простого изменения номинала данного конденсатора.

Ну вобще-то это двухкратное изменеие частоты ДЕМ

[Игорь Гапонов]

Всё это интересно, коллега, но данная ветка о другом.

Ну, так вот (личный опыт), при повышении частоты мультивибратора до тех пор, пока мутивибратор мультивибрирует, а тайм-дивайдеры переключаются, точность преобразования в 1540/41 растёт. При замене рекомндованной (штатной) керамики внешнего мультивибрирующего катесатора на слюду (СГМ) дрыганья фронтов заметно уменьшаются. И всё это ХОРОШО СЛЫШНО.

Меня интересует вопрос о синхронизации колебаний мультивибратора с обновлением данных на выходе 1540/41. У меня не получилось. У кого получилось?

Меня также интересует вопрос о минимальном выходном сопротивлении токового выхода в 1540/41. Оно кодозависимое- ясно. Ясно, что оно=максимуму, когда все разрядные токи отключены (мин. шкалы). Но для выбора входного сопротивления преобразователя I/U необходимо выполнить

Rвх<(Ri min)/(2^n)

Обеспечивается ли это рекомендованными (штатными) преобразователями на ОУ?

[Сухоруков Сергей]

Ну вобще-то это двухкратное изменеие частоты ДЕМ

Само по себе удвоение частоты мало что даёт.

[Сухоруков Сергей]

Меня интересует вопрос о синхронизации колебаний мультивибратора с обновлением данных на выходе 1540/41. У меня не получилось. У кого получилось?

Вчера сделал очередную попытку синхронизации. На этот раз получилось (см. вложения).
Заодно измерил пульсации тока на выводе старшего разряда (при отключенном конденсаторе).

[Sanny]

Само по себе удвоение частоты мало что даёт.

В идеале надо внешний генератор,соответствующий частоте встроенного мультивибратора и через делитель от задающего генератора ЦАПы-что-бы можно было на лету переключать и сравнивать

[Сухоруков Сергей]

В идеале надо внешний генератор,соответствующий частоте встроенного мультивибратора и через делитель от задающего генератора ЦАПы-что-бы можно было на лету переключать и сравнивать

Не очень понятно, что с чем Вы хотите сравнивать. Работу от встроенного DEM-генератора 1541 с работой от внешнего генератора? Или синхронизированный DEM-клок с асинхронным? Или что-то ещё?

[Сухоруков Сергей]

Вот нарисовал схемку синхронизации DEM-клока. Она простейшая, но - работает! Тут ключевым оказалось условие сохранения на выводах 16,17 некоторой ёмкости. Если уменьшать эту ёмкость по сравнению со штатным значением, "пьедестал" пилы уменьшается, а если убрать конденсатор совсем, синхронизации не наступает.

Можно, конечно, её как-то усовершенствовать. Например, подать на вывод 17 сигнал с прямого выхода ТМ2, т.е. подавать на 1541 дифференциальный сигнал. Можно поиграться амплитудой подаваемого тактового сигнала, уменьшая её, насколько возможно для снижения шумов и внутричиповой интерференции сигналов.

Можно, наконец, увеличить частоту тактового сигнала. 176 кГц - это всё же недостаточно при работе с 8-кратным оверсемплингом. Нужно поднять частоту в 8 раз (1,4 МГц), чтобы на каждый семпл приходилось 4 состояния каждого активного делителя.

[dortonyan]

Rвх<(Ri min)/(2^n)
Обеспечивается ли это рекомендованными (штатными) преобразователями на ОУ?

А что, есть преобарозатели I-U со входным сопротивлением меньше, чем у штатного на ОУ?

[Игорь Гапонов]

А что, есть преобарозатели I-U со входным сопротивлением меньше, чем у штатного на ОУ?

Допустим, минимальное выходное сопротивление токового выхода 100кОм (16 параллельно включенных источников тока с 1,6МОМ внутреннего каждый). Тогда для гарантии точности суммирования токов в 1LSB входное сопротивление I/U должно быть меньше 1,5 Ом.

На самом деле минимально необходимое сопротивление получается больше, т.к. имеет значение девиация выходного сопротивления от кода к коду, а не само выходное сопротивление. Но ведь сама девиация и выходное не известны!

Сухоруков Сергей

1. В инете есть схемы именно с диффсинхронизацией. У меня они работают неустойчиво. С "однополярной" впервые увидел здесь у Вас.

2. Если переключения синхронны инерференции нет по определению "интерференции". Вся помеха- синхронна и не имеет "биений по клокам" (частота биений равна нулю или кратна Fd). Поэтому и помеха от "амплитуды управления" не имеет решающего значения, т.к. сама коммутация гораздо мощнее и синхронна с управлением.

[dortonyan]

Допустим, минимальное выходное сопротивление токового выхода 100кОм (16 параллельно включенных источников тока с 1,6МОМ внутреннего каждый). Тогда для гарантии точности суммирования токов в 1LSB входное сопротивление I/U должно быть меньше 1,5 Ом.

Ну это понятно. Я имел ввиду, что все равно более эффективного способа получить низкий входной импеданс конвертора нету.
К тому же широкополосные операционники имеют выходной импеданс в миллиомы, даже на относительно высоких частотах. Не думаю, что в этом плане у TDA1541 будут какие-то проблемы.

[Сухоруков Сергей]

В приведённой в посте №128 схеме синхронизации DEM-клока была допущена неточность (рисовал по памяти): вместо 26 вывода сигнал надо подавать с 25 вывода. Уже поправил.

---------- Добавлено в 10:45 ---------- Предыдущее сообщение в 10:37 ----------

2. Если переключения синхронны инерференции нет по определению "интерференции".

Вы не правы, коллега. Понятие "интерференция" имеет более широкий смысл.

Скажу больше, в оптике под интерференцией понимают именно взаимодействие когерентных источников электромагнитных волн (читай: синхронных). Дело в том, что только такие источники дают устойчивую интерференционную картину, а у некогерентных она смазывается.

Впрочем, не будем спорить о смысле терминов. Это бесплодные споры.

А то, что шумы выходного сигнала ЦАПа снижаются при уменьшении размаха входных логических сигналов - это не моя выдумка, а результат серьёзных исследований. Не хотите принимать это в расчёт - Ваши проблемы.

---------- Добавлено в 11:02 ---------- Предыдущее сообщение в 10:45 ----------

Rвх<(Ri min)/(2^n)

Откуда взялось это неравенство? Ваше предположение?

Обеспечивается ли это рекомендованными (штатными) преобразователями на ОУ?

Ну, если это так беспокоит, можно ведь измерить Rвых. Установить входной код на величине, соответствующей максимуму шкалы и, изменяя Rвх., оценить по изменению тока Rвых.

[Игорь Гапонов]

Ну, если это так беспокоит, можно ведь измерить Rвых. Установить входной код на величине, соответствующей максимуму шкалы и, изменяя Rвх., оценить по изменению тока Rвых.

А Вы, Сергей, попробуйте найти своё более точное неравенство и доказать это на опыте. (т.е. Вам потребуется знать все выходные опротивления для всех кодов, о чём я заметил выше). А моё предположение прозрачно, и следует из формулы делителя тока: два сопротивления параллельно Ri и Rвх; доля тока через Ri есть погрешность. Интересно, почему это Вас "не беспокоит"?

[Сухоруков Сергей]

Интересно, почему это Вас "не беспокоит"?

Да потому, что народ, использующий 1541, экспериментально установил, что Rвх = 20-30 Ом (или меньше) не вносит сколь-нибудь заметных искажений в звуковой сигнал. Не вижу особого смысла в теоретизировании на эту тему.

Если есть желание "помучиться" (как у товарища Сухова в "Белом солнце пустыни"), можно попытаться оценить Rвых экспериментально.

два сопротивления параллельно Ri и Rвх

Вообще-то, они включены последовательно. Выход 1541 - генератор тока, а Ri - его внутреннее сопротивление.

А Вы, Сергей, попробуйте найти своё более точное неравенство

Мне это на данный момент не очень интересно. Но если уж приводить какую-то формулу, надо либо дать ссылку на источник, либо как-то обосновать. Приведённый Вами критерий совсем не очевиден (по крайней мере мне).

доказать это на опыте

Извините, Игорь, за настойчивость, а Вы уже доказали "на опыте"?

---------- Добавлено в 12:31 ---------- Предыдущее сообщение в 12:25 ----------

Вчера попробовал синхронизацию от бит-клока после деления частоты на 4 (частота синхронизации 2,82 МГц). Синхронизация вполне устойчива, но ёмкость конденсатора на выводах 16,17 надо уменьшить, где-то до 100 пФ (или меньше).

[Игорь Гапонов]

Вообще-то, они включены последовательно. Выход 1541 - генератор тока, а Ri - его внутреннее сопротивление... и т.д.

В общем-то, с источником (генератором) тока (что для стороны коллектора очень удобно, т.е. "логично") Ri включено параллельно, т.к. у источника (генратора) тока собственное внутреннее сопротивление=бесконечности и последовательное сопротивление любой вличины ничего не меняет. (У источника (генератора) напряжения - дуально, т.е. равно 0, поэтому Ri включено последовательно).

Offтопик:
(Я обычно не даю точные ссылки на электротехническую таблицу умножения, поверьте на слово, что формулу можно вывести прямо здесь).

[Сухоруков Сергей]

В общем-то, с источником (генератором) тока (что для стороны коллектора очень удобно, т.е. "логично") Ri включено параллельно, т.к. у источника (генратора) тока собственное внутреннее сопротивление=бесконечности и последовательное сопротивление любой вличины ничего не меняет. (У источника (генератора) напряжения - дуально, т.е. равно 0, поэтому Ri включено последовательно).

Но ведь речь шла не о том, как соединяется Rвых источника тока с самим источником, а как соединены Rвых источника тока (т.е. выход ЦАПа) и Rвх следующего каскада.

[Serge_L]

В инете есть схемы именно с диффсинхронизацией. У меня они работают неустойчиво.

У Назара сделана синхронизация в Увертюре дифференциально. Работает.

[Сухоруков Сергей]

У Назара сделана синхронизация в Увертюре дифференциально. Работает.

Любопытно, что в более позднем варианте он вернулся к асинхронному DEM-клоку и отстаивает этот подход на diyAudio.

[Вячеслав_М]

А то, что шумы выходного сигнала ЦАПа снижаются при уменьшении размаха входных логических сигналов - это не моя выдумка, а результат серьёзных исследований.

Сергей, пересчитал по вашей схеме ("1541 clocking_03.2ver.pdf"), что получается на входах ТДАшки, это LRCK=1V\1.56V, Data=1V\1.48V, CLK= 0.89V\2.17V . Где через дробь показаны LOW и HIGH уровни. (приблиз. в этих пределах) Эти разные соотношения чем то продиктованы?

[Сухоруков Сергей]

Сергей, пересчитал по вашей схеме ("1541 clocking_03.2ver.pdf"), что получается на входах ТДАшки, это LRCK=1V\1.56V, Data=1V\1.48V, CLK= 0.89V\2.17V . Где через дробь показаны LOW и HIGH уровни. (приблиз. в этих пределах) Эти разные соотношения чем то продиктованы?

На самом деле, если смотреть по осциллографу, размах сигналов примерно одинаковый. Просто входные сопротивления 1541 и выходные сопротивления у ЦФ для разных сигналов разные. Так что расчёты тут могут быть сугубо ориентировочными, а дальше надо подбирать, контролируя осциллограммы. Я об этом писал в той ветке.

Кстати, юстировку я до конца не довёл в том смысле, что не нащупал предельные номиналы, ещё дающие устойчивую синхронизацию при минимальном размахе сигналов. Так что - осциллограф в руки, "барабан на шею"!