Построение аудио АЦП для себя любимого

[svolkovoy]

про ЦАПы уже 2 ветки наплодили - начнем про АЦП.
Итак первое - какие изделия из сигма дельт лучше? Вообше и из имеющегося в наличии (ад1871 и пцм1804).
если делать на АЦП последовательного приближения (есть ад7679 и адс8382) то надо ли делать передискретизацию и цифровую фильтрацию для понижения частоты до нужной? Пока все, потом начнем про входные каскады и т.д. и т.п.

[belka]

и видим оставшиеся гармоники в из истинной амплитуде.

Почти.
К тому, что видишь добавить:
2-я - +9-10дБ, 3-я +5-6дБ . В случае с пассивным 2Т-мостом.

[Bobby_ii]

Что-то я перестал догонять... Куда байпасс к режектору?
Ежели перед АЦП, то гармошки чего в чистом виде поимеем? Того что перед режектором?
Теперь про искажения Д/С. -30дБ как могу понять это в 32 раза?
Т.е. подавая на вход АЦП сигнал, не задействующий 5 старших разрядов (не считая "знакового"), получаем гармошки (искажения) на уровне МЗР, т.е. 18 бит или 108дБ .... Что не так?

[belka]

Что-то я перестал догонять... Куда байпасс к режектору?

Мда...

Сначала надо привязать ваш уровень сигнала к 0дб. Для этого байпасс.
Затем выключить байпасс и посмотреть на сколько дБ режектор давит основной тон. Если есть чем, то отмасштабировать сигнал с выхода режектора.
и т.д.
Оказывается, что не глупостями в своё время занимался, когда всё сфотографировал. Вам сюда. Обратите внимание, как шнурочек анализатора из байпасса переключается на выход режектора. 1-я и 2-я фотографии.

[ViktKors]

Теперь про искажения Д/С. -30дБ как могу понять это в 32 раза?
Т.е. подавая на вход АЦП сигнал, не задействующий 5 старших разрядов .., получаем гармошки (искажения) на уровне МЗР, т.е. 18 бит или 108дБ .... Что не так?

Все так (ну почти). Верхние 4-5 разрядов не используются, нижние 4-ре с гарантией забиваются шумами. Но шум на нижних разрядах широкополосный, и с помощью FFT вполне можно разглядеть пики сигнала на уровне МЗР. Более того, сигналы уровнем ниже МЗР тоже вполне себе видны на спектре.

Очень упрощенно (!) можно представить себе это так. Пробуем 100 раз измерить сигнал уровнем в 1/10 от МЗР. Если шума нет - всегда получаем на выходе АЦП ноль. Если-же на входе АЦП есть шум уровнем в 0.5 МЗР то обычно (без сигнала) получаем на выходе АЦП цифровой код то "1 МЗР" то "ноль", с вероятностью 50 на 50. А вот если добавить к такому шуму сигнал уровнем в 1/10 от МЗР, соотношение кода "1 МЗР" к коду "ноль" на выходе АЦП изменится на 55 к 45.
То есть "шумный" АЦП при усреднении измерений за большой промежуток времени (с длинными FFT) при хорошей дифференциальной нелинейности (а это так у обсуждаемой дельта-сигмы) вполне себе показывает сигналы уровнем ниже МЗР.

Поэтому измерительный диапазон 24-х битного АЦП (даже при неиспользуемых 4-5 верхних разрядах) составляет более 120 дБ.

Естественно это все так только когда АЦП применяется для FFT-измерений на (квази)стационарном сигнале, а не для записи музыки и т.п.

[Bobby_ii]

belka, всё нормально, рассинхронизацию ментальности не получил - мерим ГЗ-118, который ДО режектора.
ViktKors, тоже всё нормально. Некореллированный сигнал усредняется как 1/корень(N). По метрологии всегда "5" было.
А вот в АЦП, ДС, ... пока дуб-дубом . Спасибо за ваше терпение.
Вопрос такой: первые гармоники - не сильно страшные для звука (я всё с этой ТочкиЗрения, а не с т.з. измерений, хотя тоже). Хочется померить искажения, страшные для звука. Это интермоды и гармоники высоких порядков (7я и выше), но их как я понимаю, мы тут не увидим. Т.е. простых и прямых путей не будет.
- как померить интермоды и высшие гармоники? Посмотреть "хвост" до 15й.
- есть ли методы вычислять искажения?
- как отделить искажения АЦП от искажений того, что до АЦП?
- что происходит с искажениями ДС при увеличении амплитуды с - 30(20)дБ до 0? Что происходит с "хвостом"? Кто-нибудь промерял при 0,-6,-12,-18,-24,-30дБ? Да... еще вопрос - что внесет делитель ... . В общем, отделение мух от котлет - та еще тема.

[Nick]

Именно поэтому напрямую такие искажения не меряют (хотя в некоторых темах есть чудики, что меряют и верят результатам), сначало подавляют основной тон, затем усиливают (естественно очень малошумящим усилителем), компенсируя эти 30дБ, и только потом подают на АЦП.

Нету прямой взимосвязи между уровнем интегрального шума в звуковой полосе и шумовой полкой в FFT. Мощность шума в очень узком диапазоне (т.е. напримерм частота гармоники +/- доли герца) значительно меньше интегрального, и поэтому ничего не мешает мерять ниже уровня определяемого сигнал/шум. Это даже если не говорить про усреднение.

[ViktKors]

Мощность шума в очень узком диапазоне (т.е. напримерм частота гармоники +/- доли герца) значительно меньше интегрального, и поэтому ничего не мешает мерять ниже уровня определяемого сигнал/шум. Это даже если не говорить про усреднение.

А про усреднение в типичных наших измерениях вообще можно не говорить. Фактически это просто фигура речи, а суть конечно-же именно в больших FFT с их с более высоким разрешением по частоте и меньшим уровнем шума в более узкой частотной полоске. Зависимость та-же - корневая. Увеличение FFT вдвое - вдвое дольше длится измерение, вдове выше разрешение по частоте, в корень из 2-х ниже напряжение шумов в каждой частотной полосе.
Получается, что увеличение FFT вдвое дает выигрыш в шумах на 3 дБ.
А раз длится такое измерение больше, оказывается, что "усреднение" - удобное слово.

То "усреднение", что обычно используется в популярном софте - "rms" - это просто сглаживание спектра, на средний уровень полки оно не влияет. Чтоб уровень понижался за счет усреднения (3 дБ на удвоение) это усреднение должно быть векторным, а оно может быть реализовано только при синхронной работе генератора и анализатора, что является отдельной проблемой.

---------- Добавлено в 14:52 ---------- Предыдущее сообщение в 14:33 ----------

- как померить интермоды и высшие гармоники? Посмотреть "хвост" до 15й.

Например с режектором. Просто и надежно видны высокие гармоники - "хвост" от 1 кГц хоть до 15-той, и интермодуляции четных порядков, например 2-го/4-го (на частотах 1 кГц и 2 кГц от интермодуляции 19/20 кГц).

Как надежно посмотреть интермодуляции нечетных порядков (например 3-и и 5-ого на частотах 18/21 и 17/22 кГц) я не знаю (если говорить о практике). Конечно остаются прямые измерения, но имхо глубоко ими не копнешь, 120-130 дБ измерительного диапазона - маловато как-то..

- как отделить искажения АЦП от искажений того, что до АЦП?

Для гармонических измерений можно например просто сравнить результаты измерений с режектором и без него.
Сам режектор можно посмотреть на разных уровнях сигнала на его входе, неизменность гармоник от амплитуды сигнала на режекторе - признак его достаточной линейности.
Искажения делителей напряжения на металлопленке нормального качества заведомо достаточно хороши.

При измерении интермодуляции можно подать два отдельных синуса прямо на вход АЦП, тогда вся интермодуляция будет уже в самом АЦП.

В общем тут получается, что "кому шашечки" - найдется достаточно слабых мест, чтоб объявить подобные измерения метрологической чушью. Но если кому надо "ехать" - не очень сложно оценить те или иные вклады, выбрать подходящую конфигурацию и получить достаточно информации для отладки поделки.

- что происходит с искажениями ДС при увеличении амплитуды с - 30(20)дБ до 0? Что происходит с "хвостом"? Кто-нибудь промерял при 0,-6,-12,-18,-24,-30дБ?

Плавно растут

[shkal]

Плавно растут

Я плавности совсем не вижу - у моей EMU1616м резко растут при уровнях выше -10дб. По графику даташита 4222 - тоже резко растут выше -18дб.

[Alex]

По графику даташита 4222 - тоже резко растут выше -18дб.

Резко, но не так уж и сильно - на 10-12дБ, оставясь ниже -105дБ.
Вот что в 4220/42222 дествительно удручает - это что Fs=192кгц там это типа "бантика сбоку", все параметры существенно хуже чем на 44-96.

[ViktKors]

Я плавности совсем не вижу - у моей EMU1616м резко растут при уровнях выше -10дб. По графику даташита 4222 - тоже резко растут выше -18дб.

Не знаю именно про "EMU", но "резко" это обычно уже на максимальных уровнях. А до того, когда нелинейность мала (сравнима с МЗР - -144 дБ, а не -120 дБ), она нарастает довольно плавно.

График из датащита - не о том, он про THD+N, а не про THD. Собственно на том графике (емнип) 120 дБ это именно шум (что бесспорно важно для записи музыки), а совсем на THD, который и важен для измерений.

[Nick]

А про усреднение в типичных наших измерениях вообще можно не говорить. Фактически это просто фигура речи, а суть конечно-же именно в больших FFT с их с более высоким разрешением по частоте и меньшим уровнем шума в более узкой частотной полоске.

Ну усреднение просто немного другая вещь. Её например можно делать и без FFT, для переодического сигнала, убирая тем самым шум с разностного сигнала.

[Bobby_ii]

это усреднение должно быть векторным, а оно может быть реализовано только при синхронной работе генератора и анализатора, что является отдельной проблемой.

Этого я не понял. А ... всё, понял, о чем речь.

Например с режектором.

И что это даст? Мне интересны искажения собственно АЦП. А искажения вхлопа - отдельно

Для гармонических измерений можно например просто сравнить результаты измерений с режектором и без него.

Мне проблема отделения мух от котлет кажется сложнее.

все параметры существенно хуже чем на 44-96.

Почему так? Была речь про паразитный спектр от чего-то, только я не понял, от чего??? И можно ли этот эффект убрать?
И насколько хуже? Может ли оказаться что при цифровой обработке и приведению к 96к получим лучший результат?

График из датащита - не о том, он про THD+N,

Так вроде при увеличении амплитуды N остается на месте (падает в отн. величине), а растет именно ТХД.

Про делители вроде неплохая идея. Сначала промерить сигнал-вхлоп+делитель (амплитуда на входе непоср. АЦП постоянна, ампл. сигнала "компенсирует" делитель). Но скорее всего, сюрпризов не будет. Только связанные с разницей сопротивлений делителя и АЦП. Т.е будем иметь примерный график ТХД вхлопа. Уже что-то.

Почему ТХД ДС АЦП растут при увеличении амплитуды? Растут отн. сигнала? Т.е.
сигнал ТХД
-30 -130 (-100)
-20 -110 (-90)
-10 -90 (-80)
0 -70 (-70)
(Хочется конечно КНИ не "вёдрами", а с "росписью" по гармоникам).

[Alex]

Почему так?

Ну это вопрос не ко мне а к ТИ

[viktor8m]

как отделить искажения АЦП от искажений того, что до АЦП?

Так я же написАл про это в посте 598 (работает очень просто, усилитель гармоник кроме улучшения ДД должен настолько повысить уровень гармоник проверяемого устройства, чтобы он раз в 5-10 был выше собственных искажения АЦП, тогда погрешность от собственных искажений АЦП будет менее 10%). Поэтому и нет смысла использовать только режектор без усилителя гармоник.

Нету прямой взимосвязи между уровнем интегрального шума в звуковой полосе и шумовой полкой в FFT.

А я вообще про шум не говорил, вопрос стоЯл, как компенсировать ДД при уменьшении входного сигнала АЦП.

[Bobby_ii]

Ну это вопрос не ко мне а к ТИ

Перефразирую: это - св-во конкретной модели или ДС как класса?

viktor8m, Хочется померить интермоды АЦП как целого, а не генератора/усилителя (измеряемого объекта)... У нас разные подходы. Вы рассказываете, как померить чужие искажения с пом. данного АЦП. Мне надо АЦП для звука и соотв. с мин. собств. искажениями, точнее быть уверенным, что они меньше какой-то "планки". При этом низкие гармоники не сильно волнуют ... хотя хотелось бы понять, от чего они появляются т.к. они и интермоды появляются на одних и тех-же нелинейностях. Вопрос - на каких?. Или я несу фигню т.к. собств. искажения АЦП пренебрежимо малы? Вроде не так.

И вопрос: почему выбран 4222? Кто конкуренты? Чем отличаются?

[viktor8m]

Мне надо АЦП для звука

Понял, тогда действительно для уменьшения искажений только понижать входной сигнал, теряя ДД.

И вопрос: почему выбран 4222?

На сегодня это наилучший (я так думаю) 24 битный АЦП для звуковых измерений.

[Bobby_ii]

тогда действительно для уменьшения искажений только понижать входной сигнал, теряя ДД.

Такого никак не можно позволить!!! Цель - полные 24 бит или 138 дБ ДД

это наилучший (я так думаю) 24 битный АЦП для звуковых измерений.

Чем отличаются "для измерений" и "для звука"? ВременнАя стабильность впику ДД?

[Nikolay_Po]

...Вот что в 4220/42222 дествительно удручает - это что Fs=192кгц там это типа "бантика сбоку", все параметры существенно хуже чем на 44-96.

Алекс, не вижу почти никакого ухудшения при переходе на 192к. Что касается THD+N - для 192к полоса измерения шума шире - 80кГц против 40кГц для 96к. Отсюда и выше линия на графике зависимости искажений от амплитуды. На графиках БПФ - то же. Размер БПФ одинаков, а частоты дискретизации - разные. Поэтому каждый бин ДПФ с удвоением частоты в два раза шире по частоте (это видно по ступенькам на левых краях графиков). А значит, при одинаковой спектральной плотности шума, выше на графике.
Я тоже сначала подумал как и Вы, но не нашёл этому "электротехнического" объяснения. Обратил внимание на графики и, кажется, всё понял.

---------- Добавлено в 22:40 ---------- Предыдущее сообщение в 22:35 ----------

Чем отличаются "для измерений" и "для звука"? ВременнАя стабильность впику ДД?

Тут проскакивало мнение одного из мэтров, что у PCM4222 встроенный цифровой фильтр плох для музыки. Наверное дело в переходных характеристиках и каких-то специфических искажениях цифровых фильтров, которые слышны. Поэтому предпочтения в случаях музыки и измерений могут быть отданы разным ЦАПам.
Что интересно в PCM4222 - ЦАП может выдавать 6-битный поток прямо с дельта-сигма модулятора, с частотой дискретизации около 6 МГц. Если этот поток отфильтровать "правильным" фильтром (не спрашивайте, не знаю как), то для музыки может получиться тоже хорошо.

[s3tup]

Маленький ньюанс, у ПЦМки прет шум после 65кГц, он видимо и является причиной ужосов в ДШ... кажется...

Заодно сравнение с AK5394A


Картинки от 1audio, с дийаудио.ком

[ViktKors]

Поэтому и нет смысла использовать только режектор без усилителя гармоник.

Конечно-же смысл есть. Искажения АЦП существенно меньше при более низком уровне основного тона.

Хочется померить интермоды АЦП как целого, а не генератора/усилителя (измеряемого объекта)...

Ну вот Вам. Разные каналы ЦАП дают 18 и 19 кГц соответственно. Сигнал снимается как балансный для АЦП. Собственные гармоники ЦАП невысоки и сколько-нибудь существенной роли при таких измерениях не играют (в этом нетрудно убедиться), так что все интермоды - продукт самого АЦП:
Вложение 184888
Спектры для пиковых уровней (каждая из компонент на 6 дБ ниже) в ~ -9, -18,-27,-35 дБ.
Величина ИМД приведена на картинках. На последней картинке непонятно как прога вычислила это ИМД - явных пиков нет, потому вместо значения - н.д. (нет достоверных данных)

Это собственно и есть ответ на вопрос почему в ветке про свой ЦАП я так и не предоставил его IMD-спектров.