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.

[Игорь Гапонов]

Почерк почерком, а технологические ограничения просто не позволят корректно отрабатывать младшие разряды, поэтому затея смысла скорее всего не имеет.

Сама идея "временнОго деления тока" (DEM) очень хороша и позволяет НА ПРАКТИКЕ достичь разрешения порядка 140дБ+скорострельность ненасыщенных биполярных ключей. Т.е. относительно DS/SD-SAR/R2R конверторов оставлены их преимущества и устранены их недостатки. Поэтому, если "дотачивать разрядность" 1540-1541, это надо делать в старших разрядах по принципу DEM. Технологические же ограничения сводятся к одному: высокое напряжение питания пропорциональное количеству DEM-ячеек.

P.S. Писал одновременно и независимо от Сергея

[aleksander peterson]

А практически как это может выглядеть для недостаточно- грамотных в этой области?

[Сухоруков Сергей]

А практически как это может выглядеть для недостаточно- грамотных в этой области?

Что именно "может выглядеть"? Конкретнее.

[aleksander peterson]

Как схематически выглядеть будет обвязка ТДАшки с величинами питания. Короче- схема.

[Сухоруков Сергей]

Короче- схема

Если имеется в виду схема для 1541 с увеличенной разрядностью, то я лично не знаю, как сделать такую схему, и написАл об этом выше.

Вот коллега dortonyan предлагал: "Техника стандартная: композитный конвертер, калибровка, УВХ. И все дела." Уточняющие вопросы - к нему.

[dortonyan]

Если имеется в виду схема для 1541 с увеличенной разрядностью, то я лично не знаю, как сделать такую схему, и написАл об этом выше.

Не ну один из способов очевиден - использование нескольких ИМС с разделением шкалы на равные "куски" между чипами, но это мм... ну очень не практично. Один чип и так довольно прожерлив и габаритен.

[Сухоруков Сергей]

Не ну один из способов очевиден - использование нескольких ИМС с разделением шкалы на чипы

Непонятно, как это реализовать в случае с 1541. Требуется выходной ток третьей DEM-ячейки первой м/с завести во 2-ю м/с для использования в качестве входного опорного тока её первой DEM-ячейки. Как это сделать? Без "вскрытия" м/с? Прямолинейный вариант соединения выхода одной м/с с разделением шкалы на чипы не годится, поскольку использование в младших разрядах пассивного делителя делает точность недостаточной для получения достоверных битовых токов, начиная с 17-го бита. Тут нужно использовать именно цепочку из DEM-ячеек от двух м/с, они позволят получить первые 12 разрядов с очень хорошей точностью. Пассивный делитель второй м/с добавит ещё 10 битов, уже не таких точных, но это не критично. Только вот как соединить DEM-ячейки двух м/с? Вот где проблема.

Возможно, имеет смысл попытаться сочленить TDA1540 и TDA1541 и таким способом реализовать разделение шкалы по чипам. TDA1540 имеет на входе 5 DEM-ячеек, уже неплохо.

[SAS-M]

Сама идея "временнОго деления тока" (DEM) очень хороша и позволяет НА ПРАКТИКЕ достичь разрешения порядка 140дБ+скорострельность ненасыщенных биполярных ключей. Технологические же ограничения сводятся к одному: высокое напряжение питания пропорциональное количеству DEM-ячеек

Игорь, где же практическая реализация Чуда?
Ни высоким напряжением, ни габаритами, ни потреблением, ни нагревом аудиофилов не испугать.

Даёшь 140 дБ и скорострельность - это лЮбо. Рабочее название - "Атаман".

[dortonyan]

Непонятно, как это реализовать в случае с 1541.

Так же, как и в случае с любым другим параллельным конверторами, на плисине или МК. Только вы немного перемудрили. Я имел ввиду обыкновенное разделение шкалы в цифре, например на 4. Так чтобы в сумме эти 4-ре равные (почти равные, смотря как распределять/делить) числА дали значение, поступившее на конвертор. А далее просто параллелятся токовые выходы, ну или суммируются токи после I/U. Т.е. на 4-х шт. 1541 получаем 18 бит, ну и улучшение линейности и ДД на 12дБ. Т.е., проще говоря, это обыкновенное удлиннение шкалы преобразования за счет использования нескольких конверторов.
Это если брать одинаковые веса тока с каждого конвертора.
Можно конечно сделать распределение весов иным, таким, чтобы например в одном конверторе использовать для преобразования только 6 старших разрядов, т.е. ДЕМ ячейки с хорошей линейностью, остальные разряды конвертировать вторым конвертором. Распределение весов токов на выходах соот-но 1:64. Но тут уже на точности согласования могут сказываться дрейфы ИОН-ов ЦАП.

[Сухоруков Сергей]

Я имел ввиду обыкновенное разделение шкалы в цифре, например на 4.

Возможно, я чего-то не понимаю, но у меня сомнения, что таким способом можно увеличить реальную разрешающую способность. Ведь когда Вы делите исходное число на 4, уже происходит потеря точности: вместо 16-разрядного числа получается 4 14-битных числа. После сложения получим исходную точность.

[Игорь Гапонов]

Игорь, где же практическая реализация Чуда?
Ни высоким напряжением, ни габаритами, ни потреблением, ни нагревом аудиофилов не испугать.

Даёшь 140 дБ и скорострельность - это лЮбо. Рабочее название - "Атаман".

Offтопик:
1. "Нестандартных", т.е. в виде современной гибридной микрухи, пусть и мелко-, но таки серийных реализаций кроме как у MSB и ультрааналог для аудио не видел ниразу (совр. наречие, рус.).
2. Мысль об использовании DEM в дискретных DAС посещала не только меня. Типа, разрешение выше 120дБ, килогерц до пятисот и выше, ток полной шкалы от 0,1А, внутреннее сопротивление экв. источника тока не менее 10МОм, кпд, мощность потерь, напряжение питания - лимитируются только реализацией и т.д. Я бы делал двухразрядную DEM ячейку с двуполярным пушпульным выходом (с нулём в центре шкалы) с синхронизацией по переключению с битклоком. Получим "питание" для 4V на ячейку плюс ещё 4V на источник опорного тока от 68V (16бит) до 100V (24бит) на 0,1A, на "токовом резисторе" 10 Om +\-0,5V выхода. Т.е. "мощности" не ахти и какие, а выходное сопротивление то, что wizard прописал .
3. Лично меня в управляемых делителях (собственно, характерная черта мультибитников, включая DEM) не устраивает отсутствие промышленной реализации решения одной интереснейшей проблемы: одновременно кодоНЕзависимые выходной импеданс и токопотребление от референса.

[dortonyan]

Возможно, я чего-то не понимаю

Видимо так.

Ведь когда Вы делите исходное число на 4, уже происходит потеря точности

Никакой потери точности не происходит, просто шкала исходной разрядности делится на части и раздается на несколько конверторов меньшей разрядности.

Offтопик:

"Нестандартных", т.е. в виде современной гибридной микрухи, пусть и мелко-, но таки серийных реализаций кроме как у MSB

У MSB вообще лажа на логике с резисторами.

Лично меня в управляемых делителях (собственно, характерная черта мультибитники) не устраивает отсутствие промышленной реализации решения одной интереснейшей проблемы: одновременно кодоНЕзависимые выходной импеданс и токопотребление от референса.

В даташитах этот момент не описывают по причине ненадобности, но вообще на комбинации обычных тонкопленочных КМОС ЦАП обе эти проблема решаются. А заодно - и кодонезависимость выходной емкости.

[Игорь Гапонов]

Offтопик:

...лажа на логике...

...В даташитах этот момент не описывают по причине ненадобности, но вообще на комбинации обычных тонкопленочных КМОС ЦАП обе эти проблема решаются. А заодно - и кодонезависимость выходной емкости. ...

Думаю, Вас пора в свой игнор записывать. Удачи.

[dortonyan]

Offтопик:

Думаю, Вас пора в свой игнор записывать. Удачи.

Cообщать об этом вовсе не обязательно, если конечно целью сообщения не является прилюдное надувание щек.

[Сухоруков Сергей]

Никакой потери точности не происходит, просто шкала исходной разрядности делится на части и раздается на несколько конверторов меньшей разрядности.

Что такое подача битовых сигналов на разные конвейеры я отлично понимаю. (Только реализация этого на DEM-ячейках 1541 затруднительна по причине, описанной выше. А не на DEM-ячейках делать это нет особого смысла.)

Но Вы-то предложили другое: 16-битное математически число разложить на четыре 14-битных (как я понял).
И вдогонку: не много ли мы оффтопим?

[dortonyan]

Только реализация этого на DEM-ячейках 1541 затруднительна по причине

Про реализацию на ДЕМ-ячейках я ничего не писал, и специально добавлял, что таким способом можно наращивать разрядность любых параллельных конверторов, в том числе и 1541-го.

А не на DEM-ячейках делать это нет особого смысла.

Вообще смысл есть - наращивание линейности и ДД, просто в данном случае это непрактично.

Но Вы-то предложили другое: 16-битное математически число разложить на четыре 14-битных (как я понял).

Я предложил обыкновенное деление входного слова: поделите 16-разрядное число на 4, получите 14-разрядное. Только в случае 1541, при использовании 4-х конверторов, входное слово должно быть соот-но 18 бит.

Offтопик:

И вдогонку: не много ли мы оффтопим?

Ветка ваша - решать вам.

[Сухоруков Сергей]

Ветка ваша - решать вам.

Думаю, с вопросом наращивания разрядности нужно закругляться, это не по теме ветки. Кому интересно - можно создать специальную ветку и обсудить там интересующие вопросы. Напоследок позволю себе две ремарки.

1) Давно сожалею, что в 1541 в силу ряда причин имеет только три DEM-ячейки на канал, а не пять, как 1540.

2) Возможно, наращивание разрядности более актуально именно для TDA1540. ИМХО, честных 16 разрядов вполне достаточно для хорошего звука, а вот 14 разрядов маловато.

[dortonyan]

ИМХО, честных 16 разрядов вполне достаточно для хорошего звука

Очень даже может быть, но тут все упирается в линейность.
При достаточной линейности на 16 битах даже без дизера можно увести гармошки ниже -110дБ, а с дизером, даже минимальным TDF - до -120дБ и ниже. Т.е. спектрально линейный 16-тиразрядный конвертер вполне аналогичен 20-ти разрядному. Мало того, 16-ти разрядный конвертер на малых уровнях выглядит даже лучше из-за гарантированной монотонности.

[malay]

... наращивание разрядности более актуально именно для TDA1540. ИМХО, честных 16 разрядов вполне достаточно для хорошего звука, а вот 14 разрядов маловато.

...
При достаточной линейности на 16 битах даже без дизера можно увести гармошки ниже -110дБ, а с дизером, даже минимальным TDF - до -120дБ и ниже. Т.е. спектрально линейный 16-тиразрядный конвертер вполне аналогичен 20-ти разрядному. Мало того, 16-ти разрядный конвертер на малых уровнях выглядит даже лучше из-за гарантированной монотонности.

Заверните! Беру!!!

Извините за Офф, но был бы рад не только я, открытию новой ветки "Даешь ТДА1540-120дБ!!! И даже готов обсудить выкуп опытного образца этого гибрида. Могу под это дело, выделить несколько 1540-х в керамике.
Думаю, идея перспективная, если даже с ее 80дБ, поклонников звучания 14 битного ТДА, не мало. Ведь, даже после нехитрых манипуляций с питанием, у 1540 потенциал много выше того же 1541. Никто не будет отрицать, что по натуральности и мягкости тембров, и огромному пространству сцены - ТДА1540Д лидер. Для меня так, вообще ничего лучше нет... Даже с недостачей разрядов... А если уж... то вообще...
И как, кто то уже правильно заметил, ради заветного звука не испугают, ни массы, ни габариты, даже потребление...

[Elms]

Никто не будет отрицать, что по натуральности и мягкости тембров, и огромному пространству сцены - ТДА1540Д лидер.

Серьёзно? А если без индекса "д"?