Еще один ЦАП на AD1955

[ViktKors]

В этом разделе сложилась замечательная традиция представлять законченные конструкции. На тот случай, если кому это покажется занятным, выкладываю свой "стандартный" USB-ЦАП "быстрого приготовления".

Я уже выкладывал схемку/плату и ссылался на основные принципы. Но вероятнее, все-же лучше будет собрать все в одном, правильном месте.

Скрытый текст

Цифровая часть – упоминавшийся тут неоднократно модуль "Edel". Он выдает I2S поток, что и послужило основанием выбора преобразователем AD1955 (AD1853 – проблемный с I2S, AK – непонятно где купить без мороки, про PCM179x и Wolfson как-то не вспомнил). Системная информация от "Edel" (Mute, Sample Rate) передается в AD1955 по SPI через конфигуратор.

На основной плате ЦАП цифровая часть сводится к кварцевым резонаторам и буферу для выдачи клока на "Edel". Резонаторы (Crystek CCHD957) – единственные "честные" кварцы из серий имеющих 22.579 МГц и которые можно купить на Mouser/Digikey/ит.п. Из плюсов, помимо отличных характеристик, можно отметить чуть меньший размер (с сравнении с привычными DIL8/14) и полное выключение при переводе в "Standby".
Питание "цифры" построено без изысков: для резонаторов – опора+ОУ, на цифровую часть AD1955 стоит одиночная LM317.

Токовые выводы AD1955 посажены на землю через конденсаторы в 2.2 нФ. Соединение с I-V-преобразователем производится через индуктивности в 100 нГн. В принципе, индуктивность хотелось-бы применить в несколько раз большую, но в опытах витые СМД-катушки показали себя слишком уж хорошей антенной, а экранированные multilayer-индуктивности типично имеют большое активное сопротивление. Примененные чипы (MLF2012DR10J от TDK) ловят помехи вполне сравнимо с куском провода и имеют активное сопротивление ~0.1 Ом.
Данная катушка индуктивности представляет собой только часть индуктивного входного сопротивления I-V-преобразователя, потому говорить о чистой реализации LC-диплексера тут не приходится. Частота, выше которой помехи "предпочитают" уходить не в I-V-преобразователь, а "землю" – порядка пары МГц, что вполне безопасно для относительно быстрого ОУ.
Дополнительно, с частот в десяток МГц сигнал на входе I-V-преобразователя отсекается еще и конденсатором в 680 пФ. Отчасти с целью снизить влияние помех на входе ОУ на частотах выше нескольких МГц, он охвачен местной ОС через Т-цепь (33 пФ - 2 кОм - 33 пФ).

Сам I-V-преобразователь построен на связке ОУ+эммитерный повторитель. Одиночным ОУ во-первых весьма проблематично "прокачать" емкость на входе каскада и нагрузку ~600 Ом, во-вторых на одиночном ОУ не получится удобно разделить малосигнальные и "силовые" токовые цепи. ЭП запитаны от источников тока, то есть ток, потребляемый от источников питания стабилизирован. Сам ОУ работает в малосигнальном режиме и фактически потребляет только разность токов в базовых цепях ЭП, то есть, по сути, тоже потребляет стабильный ток. В итоге, питание оказывается организовано как-бы по принципу "последовательный стабилизатор нагруженный на параллельный". При однополярном питании предпочтение pnp-транзисторам (помимо их несколько более гладких выходных характеристик в области малых напряжений) тоже продиктовано желанием возвращать токи из нагрузок ЭП в "землю" напрямую (а не через блокировочные емкости и БП. При этом контур протекания сигнальных токов оказывается минимальным.
Чтоб обеспечить необходимую амплитуду сигнального тока, ток покоя ЭП выбран сравнительно большим (~15-16 мА). Режим по напряжению, в основном, задается падением постоянного тока смещения модуляторов ЦАП на резисторе обратной связи. ЭП охвачен ОС полосой в несколько МГц (причем в звуковом диапазоне GBWP составляет несколько десятков МГц), что с одной стороны вполне достаточно для его линеаризации, а с другой, еще не создает проблем с фазой на реактивной нагрузке.

I-V-преобразователь нагружен на классический фильтр-сумматор. Как и в I-V-преобразователе (из соображений умощнения выхода и реализации постоянного тока потребления) ОУ также дополнен повторителями. Из отличий – во-первых, применение двуполярного питания потребовало еще один транзистор для возврата колебаний тока питания в "землю" и, во-вторых, отсутствие цепи местной ОС - для более узкополосного ОУ и "легкой" нагрузки она оказывается излишней.
Стоит отметить, что вторая гармоника ЭП в I-V-преобразователе (в данным случае) вряд-ли будет лучше 110 дБ (на верхнем краю частотного диапазона), поэтому очевидна необходимость точной компенсации четной нелинейности плечей ЭП сложением в фильтре-сумматоре. В этой связи оказывается важным разное входное сопротивление половинок фильтра-сумматора. Разная нагрузка в плечах ЭП в I-V-преобразователе означает разные уровни второй гармоники и принципиальную невозможность точной взаимокомпенсации. С целью уравнять входное сопротивление плечей фильтра-сумматора на его входах стоят резистор и RC-цепь. Поскольку вход фильтра "скомпенсированый" резистором потребляет от I-V-преобразователя больший постоянный ток, чем с вход фильтра "скомпенсированый" RC-цепью, больший ток задан и в одном из источников тока для ЭП в I-V-преобразователе (дополнительный резистор на 1 кОм). В итоге оба транзистора ЭП в I-V-преобразователе работают при одинаковым токе покоя и с одинаковой амплитудой переменной составляющей.


Чтоб локализовать контуры протекания переменного тока все каскады зашунтированы на земляной полигон конденсаторами относительно большого номинала и развязаны от источников питания резисторами. Как следствие, "предпочтительный" путь протекания переменного тока оказывается максимально коротким.
С целью минимизации паразитных петель тока питание каскадов ЦАП осуществляется от отдельных источников. Синфазные дроссели (последовательно с резисторами понижения добротности) установлены как на каждой из линий питания на плате, так и в цепи первичных обмоток трансформаторов.
Помимо этого, резисторы на входе каждого из питаний совместно со 100мкФ-конденсаторами на входе стабилизаторов образуют ФНЧ, после них питающее напряжение имеет вид синусоиды амплитудой в десяток мВ. Учитывая, что петлевое усиление в цепи обратной связи стабилизаторов питания уменьшается с частотой, весьма оправдано спадание спектра на входе как минимум с той-же скоростью. С этой точки зрения применение дополнительного ФНЧ на входе стабилизатора не является излишеством. Аналогичную роль играют "развязывающие" RC цепи в цепях питания ОУ. Если принять во внимание, что у ОУ подавление помех по шинам питания тоже ухудшается с частотой, ФНЧ желательны и в цепях питания после стабилизаторов.

Кроме этого на плате есть "факультативный" интегратор и реле, закорачивающее выход при включении устройства и при проседании питания после выключения.


ЦАП собран на двух платах 160 х 100 мм. Плата БП – односторонняя, плата ЦАП – трехслойная. Поскольку устройство делалось в одном экземпляре, плату после сборки "никто никогда" не увидит, и поскольку мне безразличны "красивости", но не безразлична возможность получить плату через пару часов, платы – домашнего изготовления. Плата БП вообще сделана ЛУТом.
Трехслойка вначале делалась тоже под ЛУТ (потому широкие дорожки), но в конце, чтоб не рисковать, все-же была реализована через фоторезист. Эта плата собрана из двусторонней и односторонней. Отверстия в двусторонней (переходы на средний, "земляной" слой) "металлизировались" заклепками, односторонняя плата притягивалась перемычками. Получается так вполне нормально, мнения профессионалов и эстетов на этот счет мне не очень интересны.
Свободные участки на верхнем и нижнем слое залиты "землей". На верхнем слое сделаны островки "силовой земли", соединяющиеся со средним земляным слоем в одной точке, на этих "островках" собраны сильноточные цепи (ЭП, например).
Разделения на "цифровую" и "аналоговую" земли в зоне микросхемы ЦАП нет. Каскады вытянуты "в линеечку", основные узлы разнесены, пространство между ними залито "землей". Силовые цепи, по возможности, перпендикулярны сигнальным путям.
Расстояние от кварцевых резонаторов до входа микросхемы ЦАП порядка 1 см, земляной слой между кварцами и микросхемой ЦАП - сплошной, это дает весьма "короткую" линию и нивелирует проблемы отражений и "подскоков земли", а так-же способствует уменьшению паразитных излучений.
Цепи вывода клока сделаны максимально плотно, фактически прямо на цифровом разъеме. Применяемый плоский шлейф с мелким шагом в 0.5 мм удобен своей компактностью и надеждой на меньший уровень помех (в сравнении с привычными 1.27 мм - шлейфами).

Критичные мелкие конденсаторы – np0, в интеграторе - полипропилен, электролиты – низкоимпедансники, оставшиеся от других конструкций (Panasonic FC, FK).
Резисторы в звуковых цепях – вишаевская тонкопленка melf0204, в особо критичных местах – 0.1%-ная.
Трансформаторы – такие, которых "у меня их много". Из плюсов – удобство в применении, малая межобмоточная емкость. Минусы (никакой холостой ток и помехи) не так критичны с резисторами в первичке 2 кОм (хоть резисторы там и не для этого) и при противофазным включении обмоток.

[свернуть]

Пдф со схемой и эскизом платы
DAC1955.pdf

Схемка в графическом формате отдельно:


Пара фоток:



Для иллюстрации "объективных" параметров чуть дальше по ветке есть несколько картинок со спектрами. Еще дальше - картинки чуть получше.
Вот пара графиков оттуда, формат CD - 44 кГц 16 бит (вставка - уровень -6 дБ) и 192 кГц 24 бит:

Еще есть немного информации по работе на малых сигналах и по зависимости искажений от уровня сигнала:

Еще есть пара замеров на завдоских платы, там есть и IMD.
В графиках искажений нет ничего, что существенно отличалось-бы от датащитовских данных (увы,чуда в очередной раз не случилось ), так что довольно красивые картинки - целиком заслуга инженеров фирмы AD, их эстетических предпочтений и способностей воплотить это в "железо" .

[ViktKors]

Зачем же -60дБ? 0 дБ!

Вы опять пытаетесь незаслуженно польстить моей поделке.
Самоя оптимистическая оценка разрешающей способности всего устройства в целом - 19.5 бит. Я ее приводил и в посте с котрого началась наша дискуссия и в шапке темы висят спектры с гармоникаме на уровне -120 дБ, что как-бы несколько выше чем эффект от квантизации.

Я даже лично Вам уже замечал, что работоспособность младщего бита никак не говорит о 24-битном суммарном разрешении.
Попытайтесь представить себе это так. Мы вполне можем различать контуры предметы в почти полной темноте, при ничтожной освещенности. Но в глубокой тени при ярком солнце видим лишь черный фон, хотя из этого места до нас долетает куда больше фотонов, чем ночью в комнате.

Квантование должно быть одинаковым. 20-битный сигнал нужно получить из 24-битного путём обнуления младших битов (или их отсечения).

Квантование никак не может быть одинаковым. В одном случае (20 бит) "квант" в 16 раз больше чем в другом (24 бита).

[Сухоруков Сергей]

Квантование никак не может быть одинаковым.

Почему же не может, если иметь в виду под квантованием сам процесс. Вот Вы (или кто-то ещё, в интернете где-то видел) оцифровали синусоиду с уровнем 0 дБ с разрешением 24 бита. Для одного спектра подаёте на Ваш ЦАП этот 24-битный сигнал, а для другого - этот же сигнал, но с "зануленными" (или "отрезанными") младшими битами.

Самоя оптимистическая оценка разрешающей способности всего устройства в целом - 19.5 бит.

Если Ваше устройство в целом имеет разрешение 19,5 бит (пусть 20 для ровного счёта), как же Вам по спектру удалось увидеть разницу в 1 LSB? Непонятно.

[dortonyan]

Если Ваше устройство в целом имеет разрешение 19,5 бит (пусть 20 для ровного счёта), как же Вам по спектру удалось увидеть разницу в 1 LSB? Непонятно.

Что значит "в целом имеет разрешение" ?
Сергей, а понятия дифференциальной и интегральной линейностей преобразования вам чего-нить говорят?

[Сухоруков Сергей]

Что значит "в целом имеет разрешение" ?

Это не моё выражение, а автора темы. Я его понимаю так: это разрешение не микросхемы 1955, а ЦАПа как отдельного устройства (внешнего ЦАПа).

Сергей, а понятия дифференциальной и интегральной линейностей преобразования вам чего-нить говорят?

Говорят, коллега, говорят. Только они тут не при чём. Мы говорили об аудио устройстве, а не микросхеме.

[ViktKors]

Если Ваше устройство в целом имеет разрешение 19,5 бит (пусть 20 для ровного счёта), как же Вам по спектру удалось увидеть разницу в 1 LSB? Непонятно.

Очень просто. В иеализированом случае можно представить себе это например следующим образом.
Устройство имеет диапазон в 24 бита, но только 16 из них "рабочие". Прикол в том, что эти 16 бит могут быть любыми - хоть старшими - тогда получаем обычный 16-ти битный ЦАП, хоть младшими, тогда Это практически такой-же "обычный 16-ти битный ЦАП", только с сигналом у которого 8 старших бит заполены нулями. То есть по факту это обычный источник, играющий по уровню -48 дБ. как если регулировка громкости в цифре не снижает разрядности.

Вот в этом последнем случае мы и можем (могли-бы если-б не шум) рассмотреть последний бит. Нет ограничения диапазона снизу гармониками силного сигнала (поскольку сигнал слабый - -48 дБ).

[Сухоруков Сергей]

Вот в этом последнем случае мы и можем (могли-бы если-б не шум) рассмотреть последний бит.

Извините, коллега, но такой метод "не катит". Последний бит в том смысле, о котором мы говорили - это именно 24-й с рабочими более старшими битами. Тот ЦАП, у которого не работают хоть первые, хоть последние биты - это не 24-битный ЦАП, а в Вашем примере 16-битный.

Нет ограничения диапазона снизу гармониками силного сигнала (поскольку сигнал слабый - -48 дБ).

Да нет же, так мы ничего не сможем сказать о 24-битности. Все биты нужно задействовать одновременно, а не по очереди.

[ViktKors]

Последний бит в том смысле, о котором мы говорили - это именно 24-й с рабочими более старшими битами. Тот ЦАП, у которого не работают хоть первые, хоть последние биты - это не 24-битный ЦАП, а в Вашем примере 16-битный..

Да хоть горшком обзовите. Пусть ЦАП в примере 16-ти битный, только этот "16-ти битный ЦАП" может отработать и FS сигнал, и сигнал уровнем -48 дБ с разрешением в 16 бит, что по плечу далеко не каждому 16-ти битному ЦАП , в типичном-то случае для -48 дБ сигнала остается только 8 разрядов.

Да нет же, так мы ничего не сможем сказать о 24-битности. Все биты нужно задействовать одновременно, а не по очереди.

С кем Вы спорите? Я ни разу не говорил о "24-битности", наоборот, говорил, что не верю в чудеса. Максимум, что я упоминал и иллюстрировал - работоспособность всех разрядов ЦАП, включая 24-тый.

В принципе, я мог бы не говорить даже этого. ИМХО, три спектра в обсуждаемом посте довольно красноречивы и вполне самодостаточны. Выводы/интерпретацию каждый может сделать сам.

[Сухоруков Сергей]

С кем Вы спорите?

Значит, я не так Вас понял.

... наоборот, говорил, что не верю в чудеса.

Это правильно.

Максимум, что я упоминал и иллюстрировал - работоспособность всех разрядов ЦАП, включая 24-тый.

Даже если он работоспособен "сам по себе", в отрыве от остальных битов, это к сожалению ничего не даёт в плане 24-битности.

Ну, надеюсь, мы теперь друг друга поняли.

[ViktKors]

Только они тут не при чём. Мы говорили об аудио устройстве, а не микросхеме.

Так потенциальное качество "аудио устройства" на 95% и определяется "микросхемой"

Ну, надеюсь, мы теперь друг друга поняли.

Отлично

Может у меня плохо получилось это выразить, но для себя я просто отметил как минимум две вещи, которые могут оказаться достаточно важными.
1. Часто утверждается, что ЦАПы отличаются от остальной аппаратуры специфическим поведением, которые делает их вещью в себе. А именно, искажения сигнала в ЦАП не падают с уменьшением громкости, а наоборот, растут.
В данном случае видно, что с этим утверждением, очевидным для многих случаев и уже ставшим "общим местом", далеко не все так уж однозначно.
Надо будет построить зависимость THD от уровня. Конечно, искажения совсем не падают линейно с уровнем, зависимость сложнее, но наверное смысл замерить ее все-же есть.

2. При условии корректной реализации(!) регулировка громкости в цифре, по крайней мере до уровней -48 дБ вполне осуществима, по меньшей мере с точки зрения "объективных" характеристик.

[ViktKors]

Даже если он работоспособен "сам по себе", в отрыве от остальных битов, это к сожалению ничего не даёт в плане 24-битности.

Работоспособен он конечно-же не "сам по себе", а вместе со всеми остальными битами, только нужно понимать, что на больших сигналах вклад этого разряда будет забит искажениями. До тех пор пока суммарные искажения устройства составляют более 0.000 006% никакой "истинной 24-х битности" и быть не может.

Но это никак не противоречит утверждению, что можно использовать все 24 разряда. Скажем диапазон воспринимаемых глазом освещеностей составляет более 140 дБ. И при этом только 40 дБ из этого диапазона могут реально использоваться в конкретный момент времени. То есть гипотетическому идеальному канала передачи яркостей для зрения требуется 24 разряда, при том, что в любой момент времени нужны только какие-то 6-7 разрядов. Значит для такого абстрактного примера нужен "24-х разрядный ЦАП", искажения которого вполне могут достигать 1%.
Так что тут есть место для некоторой лингвистической неопределенности. Такой ЦАП (6 активных разрядов из 24-х доступных) он "скольки-разрядный" - 24-х или все-же 6-ти?
"Даёт в плане 24-битности" это что-то или нет?

ИМХО, ровно то-же самое и в музыке. Для передачи типичной нынешней фонограммы "под ноль" даже 16 бит - с запасом, но для сколько-нибудь более живой музыки нужно и сверху оставить обычно неиспользуемый разряд/ы (для фортиссимо) и снизу (для пиано/пианиссимо) добавить сколько-то. То есть весь доступный слуху ДД (скажем 120 дБ) должен перекрывать один ЦАП. При этом совсем не факт, что его точность должна быть сопоставимо высокой. Многих, полагаю, устроило бы, чтоб любые 80 дБ из этого диапазона были "честными".
А уж как в быту называть такой ЦАП - десятый вопрос. Вероятно, можно говорить о 20-ти битном ЦАП (120 отрабатываемых дБ) с 14-ти битным разрешением.

[Rova]

ИМХО, ровно то-же самое и в музыке. Для передачи типичной нынешней фонограммы "под ноль" даже 16 бит - с запасом, но для сколько-нибудь более живой музыки нужно и сверху оставить обычно неиспользуемый разряд/ы (для фортиссимо) и снизу (для пиано/пианиссимо) добавить сколько-то. То есть весь доступный слуху ДД (скажем 120 дБ) должен перекрывать один ЦАП. При этом совсем не факт, что его точность должна быть сопоставимо высокой. Многих, полагаю, устроило бы, чтоб любые 80 дБ из этого диапазона были "честными".
А уж как в быту называть такой ЦАП - десятый вопрос. Вероятно, можно говорить о 20-ти битном ЦАП (120 отрабатываемых дБ) с 14-ти битным разрешением.

Имхо, правильные и наблюдения и выводы. Природа все старается устроить целесообразно экономно и слух в этом смысле не сильно отличается от зрения, ухо адаптируется под текущий динамический диапазон звукового фона.
Тут хотелось бы понять, какие цифры того же дака достаточны для полного динамического диапазона и для текущего, хотя бы потому что сделать линейность на уровне 24 разряда не представляется возможным даже в отдаленной перспективе.

[dortonyan]

только нужно понимать, что на больших сигналах вклад этого разряда будет забит искажениями.

Как-то вы некрасиво выразились.
Спектрально на больших уровнях изменение малых разрядов просто нельзя рассмотреть из-за гармоник, создаваемых интегральной нелинейностью, но это не означает, что на таких уровнях младшие разряды работают неправильно.
Линейность преобразования младших разрядов будет такая же как и без изменения старших разрядов, из-за самого принципа ДС преобразования. Т.е. здесь просто методологически проверить сложно.

До тех пор пока суммарные искажения устройства составляют более 0.000 006% никакой "истинной 24-х битности" и быть не может.

На самом деле может, все зависит от того, что подразумевается под «истинностью».
ViktKors, вы что, тоже не в курсе про DNL, INL? Т.е. не понятно, зачем все эти «честные биты, истинности» и прочие метафоры, когда есть соотв. принятые технические термины, описывающие нелинейности преобразования.

Так что тут есть место для некоторой лингвистической неопределенности. Такой ЦАП (6 активных разрядов из 24-х доступных) он "скольки-разрядный" - 24-х или все-же 6-ти?
"Даёт в плане 24-битности" это что-то или нет?

Смотря какова структура преобразователя. Если хар-ка преобразования монотонна, кодозависимый глитч отсутствует, а младшие разряды не утонули в шуме – то конечно дает. Фактически это означает отсутствие динамических искажений сигналов малого уровня на любом участке шкалы преобразования.

То есть весь доступный слуху ДД (скажем 120 дБ) должен перекрывать один ЦАП. При этом совсем не факт, что его точность должна быть сопоставимо высокой. Многих, полагаю, устроило бы, чтоб любые 80 дБ из этого диапазона были "честными". А уж как в быту называть такой ЦАП - десятый вопрос.

Вот тут есть два принципиальных момента (о которых писал выше):
- будет ли при этом ХП монотонной, или нет.
- как при этом ведет себя преобразователь на разных участках шкалы.
А вообще мысль весьма интересная, у меня были аналогичные мысли (об инерционности восприятия звукового диапазона), и так же по аналогии со зрением.

Вероятно, можно говорить о 20-ти битном ЦАП (120 отрабатываемых дБ) с 14-ти битным разрешением.

Здесь весь компот в терминологии, т.е. в том что именно понимать под "разрешением".
Если разрешение оценивать по интегральной линейности, то возможно так и есть. Но, если под разрешением понимать ДД преобразования, т.е. способность воспроизводить малые уровни сигнала, то для ДС цапов он будет фактически ограничен шумовой полкой либо шагом квантования (как в вашем случае).
А чтобы исключить эту неопределенность можно просто использовать соотв. термины: интегральная линейность (или просто линейность) и ДД преобразования.

[Сухоруков Сергей]

А именно, искажения сигнала в ЦАП не падают с уменьшением громкости, а наоборот, растут.

Так оно и есть.

В данном случае видно, что с этим утверждением, очевидным для многих случаев и уже ставшим "общим местом", далеко не все так уж однозначно.

В данном случае то же самое. Просто заметность деградации звука с падением его громкости меньше, чем для ЦАПов с меньшей разрядностью.

При условии корректной реализации(!) регулировка громкости в цифре, по крайней мере до уровней -48 дБ вполне осуществима, по меньшей мере с точки зрения "объективных" характеристик.

Эта мечта о цифровой регулировке громкости без заметного ухудшения звука и поныне остаётся нереализованной мечтой.

---------- Добавлено в 11:07 ---------- Предыдущее сообщение в 11:01 ----------

Работоспособен он конечно-же не "сам по себе", а вместе со всеми остальными битами, только нужно понимать, что на больших сигналах вклад этого разряда будет забит искажениями.

Хотел бы в связи с этим напомнить о существовании внутричиповых помех, т.е. о воздействии цифровых сигналов на выходной аналоговый сигнал (их "просачивание" и паразитная модуляция аналогового сигнала цифровыми сигналами внутри чипа ЦАП). Это почему-то "энтузиасты 24-битности" не учитывают: то ли не знают, то ли не хотят знать. А эти помехи вполне ощутимы.

[ViktKors]

Как-то вы некрасиво выразились.
вы что, тоже не в курсе про DNL, INL? Т.е. не понятно, зачем все эти «честные биты, истинности» и прочие метафоры, когда есть соотв. принятые технические термины, описывающие нелинейности преобразования.

Сложно выбрать правильный тон, в ответ на предложения измерить осциллографом 100 нВ, какую моджно применять терминологию по ходу дискуссии в которой поначалу даже отрицалась правдоподобность спектрального анализа?

Ну и еще остается элемент неопределенности. За корректное воспроизведение типичного "малого сигнала" в -60 дБ (14 нижних разрядов) отвечает интегральная или дифференциальная нелинейность?

"Если разрешение оценивать по интегральной линейности, то возможно так и есть. Но, если под разрешением понимать ДД преобразования, т.е. способность воспроизводить малые уровни сигнала, то для ДС цапов он будет фактически ограничен шумовой полкой либо шагом квантования (как в вашем случае).
А чтобы исключить эту неопределенность можно просто использовать соотв. термины: интегральная линейность (или просто линейность) и ДД преобразования.

Если говорить о соотношении "THD от сигнала" более конкретно, то как-бы понятна отличная дифференциальная линейность дельта-сигм, но это понятие "вообще". В честности-же бытует (и возникает снова и снова) представление о повышенных искажениях на малом сигнале любых ЦАП. Датащиты тоже не дают очевидного ответа. С одной стороны, на -60дБ спектрах у AD сложно рассмотреть вероятные искажения сигнала из-за выбранного масштаба. С другой-же стороны, там-же есть графики зависимостей "линейность от сигнала", на которых "все плохо" уже ниже -120 - -130 дБ.

Применительно к ЦАП вроде 1955 вопрос еще сложнее. С одной стороны, -60 дБ сигнал - это уже та область, в которой ЦАП перестает быть _мультибитной_ дельта-сигмой, то есть ничего плохого от него ждать не приходится (видимо потому TI и ограничивается _только_ такими спектрами).
С другой стороны, на больших уровнях (где существенен "мультибитный" режим) мультибитные особенности (некоторое возрастание искажений при пропадании уровня) вполне себя проявляют. Благодаря скрамблингу выглядит это все-же иначе чем у старых параллельных преобразователей. Я промерял когда-то на макете это до уровней порядка - 20 дБ, точно уже не помню, но особого криминала там небыло. Важно, что проявление нелинейности на таких уровнях сводилось в основном к второй гармонике, что можно считать благоприятным фактором (в сравнении с "лесом" в иных случаях).

То есть промер "работоспособности" младшего разряда - это просто экспериментальный пример столь неоднозначного параметра для конкретного ЦАП.
Вечером или завтра я пострабсь промерить по нескольким уровням (скажем, от "ноля" и ниже с шагом 10 дБ). Вероятно, это будет небезинтерсным.


А по поводу "ограничен шумовой полкой либо шагом квантования" могу только заметить, что это один из факторов, из-за которых я и закавычиваю выражение "объктивные параметры". Варьируя размер FFT пожно провести эту полку где угодно. Соотвтественно и спектры (оставаясь по сути идентичными) могут выглядеть (и даже интерпретироваться ) совершенно по-разному.
В конкретном случае невзвешенный шум прибора ~ -115 дБ. Все что видно ниже - результат усреднения. Я считаю такое усреднение весьма небесполезной штукой, в частности из-за сходных особенностей слуха.

---------- Добавлено в 11:58 ---------- Предыдущее сообщение в 11:56 ----------

Хотел бы в связи с этим напомнить о существовании внутричиповых помех, т.е. о воздействии цифровых сигналов на выходной аналоговый сигнал (их "просачивание" и паразитная модуляция аналогового сигнала цифровыми сигналами внутри чипа ЦАП). Это почему-то "энтузиасты 24-битности" не учитывают: то ли не знают, то ли не хотят знать. А эти помехи вполне ощутимы.

А можно перевести разговор в более конкретную плоскость. Что именно и как я могу промерить в звуковом диапазоне, чтоб представить сколько-нибудь объективные характеристики такого поведения?

[Сухоруков Сергей]

А можно перевести разговор в более конкретную плоскость.

Извольте. Согласно даташиту, отношение сигнал/шум в стереорежиме для AD1955 составляет всего 120 дБ. Сравните это с динамическим диапазоном, соответствующим 24 битам. Младшие биты (с 21 по 24-й) гарантированно потонут в шумах, поэтому реально оказать влияние на выходной аналоговый сигнал они не могут. А вот начиная с 20-го бита, этот бит и все более старшие дадут реальный вклад в выходной сигнал.

Что именно и как я могу промерить в звуковом диапазоне, чтоб представить сколько-нибудь объективные характеристики такого поведения?

Да ничего от Вас не требуется. Это "информация к размышлению" или "мысли вслух2, если угодно.

[ViktKors]

Извольте. Согласно даташиту, отношение сигнал/шум в стереорежиме для AD1955 составляет всего 120 дБ.

Не понял.
Вы говорили:
"Сообщение от Сухоруков Сергей
Хотел бы в связи с этим напомнить о существовании внутричиповых помех, т.е. о воздействии цифровых сигналов на выходной аналоговый сигнал (их "просачивание" и паразитная модуляция аналогового сигнала цифровыми сигналами внутри чипа ЦАП)."
То есть есть некое "просачивание помех"
В то-же время сигнал/шум у того-же 1955 куда больше определяется именно конструкцией модуляторов и алгоритмом их работы. И это именно шум, а совсем не "паразитная модуляция аналогового сигнала цифровыми сигналами внутри чипа ЦАП"

Я же хотел-бы посмотреть как "выглядит" именно этот эффект "паразитная модуляция аналогового сигнала цифровыми сигналами внутри чипа ЦАП". Причем вне зависимости от того, требуете-ли Вы это или нет. Мне просто интересно стало.
Сказав "А", говорите и "Б" - что это и как мне это увидеть?

Младшие биты (с 21 по 24-й) гарантированно потонут в шумах, поэтому реально оказать влияние на выходной аналоговый сигнал они не могут. А вот начиная с 20-го бита, этот бит и все более старшие дадут реальный вклад в выходной сигнал.

Говорить, что сигналы "потонут в шумах" - это фигура речи. Насколько шум (скажем его rms-значение) должен быть выше синусоиды, чтоб она в нем "потонула"? Для себя я руководствуюсь оценкой в 20 дБ (ну как-то так сложилось, слышу я так), сколько это по-Вашему, и почему?

Да ничего от Вас не требуется. Это "информация к размышлению" или "мысли вслух2, если угодно.

Нет-нет. Это совершенно конкретная ветка о конкретной поделке. Тут "мысли вслух" не совсем уместны. Давайте без говорильно конкретно по устройству и его свойствам. Мне нечего скрывать и не нужно обвинений в стиле "информации к размышлению", спрашивайте, я по-возможности промерю и отвечу.
Мне очень интересно узнать нечто новое, но мне не особо интересна болтовна, а вот конкретный опыт (в том числе и под Вашими указаниями) - очень.

---------- Добавлено в 14:12 ---------- Предыдущее сообщение в 14:03 ----------

В даташите приведены измерения какой-то "среднестатистической" схемы на 1995, и показан результат, который гарантированно будет воспроизводиться. То есть там указаны результаты измерения некоей схемы (а не одной лишь микросхемы ЦАП), и не расписано - какая часть нелинейности обусловлена собственно микросхемой ЦАП, а какая - послецаповыми цепями.
Так что нет никакой гарантии, что все младшие биты "потонут" напротив, в случае какой-то особо удачной схемы и её реализации есть возможность превзойти указанный в даташите результат.

ИМХО, думаю не стоит ожидать, что среди большого количества экземпляров микросхем подобной структуры найдется "жемчужина". Параметры в значительной степени обусловленны именно устройством чипа, которое "нивелирует" погрешности составляющих элементов.
Отличия конечно будут, но вряд-ли в разы. И кроме того, (имхо) сам звук от этого вряд-ли вообще будет заметно зависеть, там много факторов помимо искажений.

Опять-же (даже в случае "идеальных" компонентов) именно эти коструктивные особенности не дадут (просто потому, что так задумано) реализовать сигнал/шум в 24-бита.
Но, ИМХО, шум - не самое страшное. ИМХО, далеко не запредельное отношение сигнал/шум в 110 дБ - это явно избыточный параметр в итоге (по акустике).

А вот нелинейности - другой вопрос, и многочисленные споры на эту тему явно оставлют просто на для спекуляций на темы вроде того, достаточен-ли и THD в 120 дБ.

[dortonyan]

За корректное воспроизведение типичного "малого сигнала" в -60 дБ (14 нижних разрядов) отвечает интегральная или дифференциальная нелинейность?

Разумеется DNL, т.е. ошибка между соседними отсчетами. Т.е. чем меньший участок шкалы рассматриваем, тем меньшую долю нелинейности составляет INL, и бОльшую - DNL.
В данном случае, судя по линейности на максимальном уровне, интегральная линейность составляет порядка -120Дб, т.е. не менее 19bit. А т.к. DNL у ДС цапов не превышает одного LSB, то на уровне -60Дб (и даже на более высоких ур-нях) гармоник не видно вообще.

В честности-же бытует (и возникает снова и снова) представление о повышенных искажениях на малом сигнале любых ЦАП.

Ну мало ли чего бытует. Нельзя под одну гребенку сдвигать ДС и параллельники. И результат спектрального анализа для данных преобразователей несет конечно-же разную информацию.

С другой-же стороны, там-же есть графики зависимостей "линейность от сигнала", на которых "все плохо" уже ниже -120 - -130 дБ.

А что именно плохо? Добраться до сигналов такого ур-ня само по себе уже хорошо.

То есть промер "работоспособности" младшего разряда - это просто экспериментальный пример столь неоднозначного параметра для конкретного ЦАП.

Так было бы в случае токового параллельного преобразователя, но не в случае ДС цапа.
Для PCM1704 наверняка тоже можно высмотреть таким же методом работу младшего разряда, но это немонотонный прибор, поэтому для него такой замер действительно ничего не скажет.

Вечером или завтра я пострабсь промерить по нескольким уровням (скажем, от "ноля" и ниже с шагом 10 дБ). Вероятно, это будет небезинтерсным.

А еще можно попробовать сделать те же замеры, что и вначале (с дизеренгом и без), но со смещением от нуля, т.е. на другом участке ХП.

А по поводу "ограничен шумовой полкой либо шагом квантования" могу только заметить, что это один из факторов, из-за которых я и закавычиваю выражение "объктивные параметры".

Согласен, но справедливости ради следует отметить, что на таких уровнях вклад в шумовую полку дает не только сам цап, но и выхлоп, и реализация монтажа и питания. Потому запас линейности самого ЦАПа ниже общего уровня шума как минимум не помешает.

Хотел бы в связи с этим напомнить о существовании внутричиповых помех, т.е. о воздействии цифровых сигналов на выходной аналоговый сигнал (их "просачивание" и паразитная модуляция аналогового сигнала цифровыми сигналами внутри чипа ЦАП). Это почему-то "энтузиасты 24-битности" не учитывают: то ли не знают, то ли не хотят знать. А эти помехи вполне ощутимы.

Как будто в параллельных преобразователях их нету.
Сергей, свои достоинства и недостатки есть у любого преобразователя, с этим никто не спорит.

[Сухоруков Сергей]

Сергей, свои достоинства и недостатки есть у любого преобразователя, с этим никто не спорит.

Разумеется. Просто 1) в параллельных преобразователях разрядность не превышает 20 бит; 2) Уровень помех на выходе д-с гораздо выше, поэтому их делают с дифференциальным выходом, чтобы снизить уровень помех.

---------- Добавлено в 17:19 ---------- Предыдущее сообщение в 17:07 ----------

Сказав "А", говорите и "Б" - что это и как мне это увидеть?

А что по-Вашему входит в шумы м/с 1955 на уровне -120 дБ? Эта самая модуляция аналогового сигнала цифровыми сигналами. Как увидеть? Очень просто: подавайте "цифровую тишину" на вход 1955 и наблюдайте выходной аналоговый сигнал.

Нет-нет. Это совершенно конкретная ветка о конкретной поделке. Тут "мысли вслух" не совсем уместны.

Видите ли, форум - это не то, что интересно только Вам, но и то, что интересно другим. Мы здесь не только обсуждаем Ваше изделие, но и другие "примыкающие" вопросы.

Мне нечего скрывать и не нужно обвинений

Какие обвинения? Вы что же, любое "поперечное" суждение рассматриваете как обвинение? Мы на форуме стремимся не обвинять друг друга, а делиться информацией, обмениваться взглядами. У меня во всяком случае такой подход.

[ViktKors]

... гармоник не видно вообще.
А что именно плохо? Добраться до сигналов такого ур-ня само по себе уже хорошо. :

В качестве прикола. Когда пару лет назад я в первый раз заинтересовался на тему, а "что за приблуда преобразовывает цифру в аналог", то заглянув в датащит и увидев подобное поведение "линейности" (на графике выход ЦАП просто зависает на уровне -120 - -130 дБ, а не идет за кодом вниз) в сочетании со спектрами, я решил: "а все понятно, более низкие сигналы просто воспроизводятся как шум", - ИМХО вполне логичное заключение.

Именно потому я и показал оба спектра - с дизерингом и нет. Тут-то (ИМХО) явно видно, что сигнал воспроизводится и вполне правильно, пускай он и ниже шума.

Ну мало ли чего бытует. Нельзя под одну гребенку сдвигать ДС и параллельники.

Ну мы все-таки на форуме, "Нельзя под одну гребенку" всех .

А еще можно попробовать сделать те же замеры, что и вначале (с дизеренгом и без), но со смещением от нуля, т.е. на другом участке ХП.

Как? не со смещением-ли постояннкой?

Согласен, но справедливости ради следует отметить, что на таких уровнях вклад в шумовую полку дает не только сам цап, но и выхлоп, и реализация монтажа и питания. Потому запас линейности самого ЦАПа ниже общего уровня шума как минимум не помешает

Бесспорно. Ничего не могу сказать (количественно, в дБ) о влиянии цепей питания и монтажа, но вклад выхлопа в шум подчас (как в сабже) определяющий.

В сабже основной вклад вносит фильтр-вычитатель на резистрах в 4.7 кОм, которые дадут (навскидку, не поручусь за правильность) ~2.5 мкв, еще где-то столько-же добавит сам ОУ, вот и получится уже -117 дБ. Еще I-V (там чуть получше) добавит - вот и получаем, что есть.
Естественно, можно сделать усиление в I-V чуть больше, в сумматоре чуть меньше, поставить резисторы номиналами с килоом (скорее ниже) и таки выйти на доминирование по шуму самого ЦАП (там можно ожидать чуть хуже чем -120 дБ), но это требует неминуемого увеличения напряжения питания I-V, что мне было не очень удобно. Плата и так получилась довольно горячей (с нее рассеивается 7-8 Ватт, отчасти потому и транзисторы трухольные), и не хотелось-бы греть воздух еще. В то-же время, (по моему мнению) шум является проблемой только тогда, когда он слышен (чего не наблюдается), на формальные характеристики мне плевать, потому и не заморачивался.
Так что "автоматом" шумовые характеристики не получить, а способствующая этому низкоомность ОУ-шных цепей - не самая лучшая подруга линейности. Потому я совсем не уверен, что неприменно стоит стремиться обеспечить шум выхлопа лучше чем у ЦАП.

---------- Добавлено в 21:57 ---------- Предыдущее сообщение в 21:49 ----------

А что по-Вашему входит в шумы м/с 1955 на уровне -120 дБ? Эта самая модуляция аналогового сигнала цифровыми сигналами. Как увидеть? Очень просто: подавайте "цифровую тишину" на вход 1955 и наблюдайте выходной аналоговый сигнал.

А если шум не меняется от того, присутствует-ли сигнал на выходе? Вероятно, я что-то делаю не так. Какие именно опыты нужно провести?

Видите ли, форум - это не то, что интересно только Вам, но и то, что интересно другим. Мы здесь не только обсуждаем Ваше изделие, но и другие "примыкающие" вопросы.

Давайте я попробую ответить Вам примером из Вашей области.
Вот Вы, как специалист в области молекулярной физике находитесь на концеренции, слушаете доклад на конкретную тему. После доклада начинается секция вопросов. Как правило вопросы по теме, но вот (еще раз - после доклада на _конкретную, заявленную тему_) некто начинает делится тем, что _ему_ интересно, и делает акцент на "примыкающих" вопросах. Скажите, не подсказывает-ли Вам жизненный опыт, что после ~ пятой реплики докладчик (или другие слушатели) предложит коллеге продолжить данное (несомненно очень важное и интересное) обсуждение _после_ доклада и в другом месте? Кстати, не был-бы свой доклад данного "колеги" на эту очень интересную ему тему еще более корректным способом решения данного затруднения?

[dortonyan]

Offтопик:

Ну мы все-таки на форуме, "Нельзя под одну гребенку" всех

Так я вроде никого под гребенку и не собераю.

Как? не со смещением-ли постояннкой?

Ну типа да.
Результат конечно очевиден. Это так, для демонстрации малой DNL по всей шкале (и если занятся нечем).

Потому я совсем не уверен, что неприменно стоит стремиться обеспечить шум выхлопа лучше чем у ЦАП.

Куда стремиться - это уже дело хозяйское, фак что при желании шумовую полочку можно еще поубавить.