Импульсный самоосциллирующий усилитель (soAmp) Oriel Indra

[Electrovoicer]

Индра - в ведической религии наиболее почитаемое божество, предводитель, царь богов, громовержец и устроитель мира. В правой руке бог обычно держал молнию, которой разил врагов или возрождал погибших в бою; он мчался по небу в колеснице, нередко отождествляемой с солнцем. Бросив вызов старому порядку, он стал ведущим божеством, более главным по сравнению с ведийским богом Варуной. Кроме того, считается, что Бог Индра низводит из облачных гор стремительные потоки дождя и, собирая их в особые вместилища, творит земные источники, ручьи и реки, умножает их воды, роет для них широкие русла и направляет их бег.
(с) Энциклопедия Мифологии



В связи с интересом участников форума к данной работе, решил завести отдельную тему вопросов и ответов. Постепенно буду наполнять.
История разработки моего усилителя начинается в 2009г, когда коллеги по клубу автозвука познакомили меня воочию с голландскими усилителями Hypex UcD, разработанными Бруно Путцей и попросили создать автомобильный БП для них. БП был разработан, результат не был абсолютно радостным. Эти великолепные по замыслу и реализации усилители проявили себя, как достаточно чувствительные к качеству источника питания, что затрудняло возможность их применения в автомобильных автозвуковых проектах. Начались поиски решения.

Что же такое импульсный самоосциллирующий усилитель (Self-Oscillating Amplifier), по ошибке часто называемый цифровым? Это такая топология усилителя, когда он, самовозбуждаясь, и используя ключевой режим работы выходного каскада, воспроизводит на выходе усиленный входной сигнал, представляющий собой проинтегрированную выходным LC-фильтром последовательность импульсов. Как правило, частота импульсов составляет около 350-700 кГц (для полнополосного усилителя), а ширина варьируется в соответствии с уровнем сигнала на входе.

А начиналось все вот с этого прототипа, который помог мне разобраться с базовым принципом работы и определить дальнейший путь...

25.06.12
Первый прототип на печатной плате


03.03.2013 Промежуточная версия, дискретная силовая часть, усилитель разделился на две платы.


10.06.2013 Промежуточная версия, эксперименты с выходным фильтром и модулятором


10.11.2013 Появились заказные индуктивности с высокой SRF (~30MHz)


15.12.2013 Собраны и отгружены заказчику первые три усилителя с усовершенствованной силовой платой. Система установлена в автомобиль премиум-класса взамен штатной 16ти-канальной системы Burmester

Что должно быть на выходе правильного импульсного усилителя. Синусоидальные остатки несущей без коммутационных ВЧ-помех, полоса 150МГц


Схема силовой части UcD_power_stage_B.PDF и модулятора UcD_Modulator_A2.PDF

25.03.14
Предсерийный вариант Oriel Indra

Спектр по аналоговому входу, 10 Ватт 4 Ома:


IMD 1 Ватт, 4 Ома


Серийные Indra Mono V2.1

[tomtit]

Привет Павел,
Я немного поэкспериментировал с моделированием самоосциллируюшего усилителя,
на примере Bашего Indra-A1.
Малосигнальная модель предсказала частоту осцилляции 497К и лупгейн 46дБ.
Исходя из графика Боде, тут изначально не должно быть проблем с клиппингом, причем, от слова "совсем"
(за ислкючением проблемы с накачкой бутстреп-емкостей в драйвере вых. каскада при полной остановке генерации).
Немного удивляет очень большое усиление компаратора, можно огрести по полной с SNR.
Хорошо бы еще проверить noise gain, немного смущает RC 22ом и 2.2н.
Интересно знать, как сильно я ошибся .

[Pyon]

Здравствуйте. А есть сразу с цапом и цифровым входом, оптическим?

[sid2612]

Electrovoicer
Приветствую Павел!
С интересом обнаружил эту ветку. Оказывается в Питере есть еще один очень интересный усилитель! Хочу предложить встретиться и сравнить INDRA и аналоговые усилители PowerAmp и EsottoAT.
Акустика - моя, как такое предложение?

[crowHunter]

Немного удивляет очень большое усиление компаратора, можно огрести по полной с SNR.

Из-за низкого напряжение питания пред усилителя и собственно компаратора скорее всего.

[Electrovoicer]

Ну вот, наконец-то, с задержкой в три месяца, мне отгрузили первую партию серийных изделий Indra Mono. Балансный вход, питание до +40В, четырехслойная плата с медью 140мкм. Предусмотрена установка мезонинной платы DSP с s/pdif входом. Фото выложу в среду.

P.S. Прошу простить всем, кто мне писал, и не получал вовремя ответы. Был очень занят последний год, запускал новый проект по основной работе - широкополосный цифровой приемник с одновременным приемом до 40 каналов шириной от 6 до 200кГц, в полосе 10МГц, в диапазоне 30-2000МГц, выполненный в виде PCIe-платы. Получилась славная вещь! Скорость широкополосного сканирования достигает 10ГГц/сек, чувствительность -120дбм//12дб SNR, блокирующий канал 90дб...
P.P.S. Моя лаборатория пополнилась векторным анализатором цепей (до 5ГГц) и малошумящим анализатором спектра (до 24ГГц), теперь без проблем измеряю суб-пикосекундный джиттер...

[BesPav]

запускал новый проект по основной работе - широкополосный цифровой приемник

О как, Павел, расскажете немного подробнее?
Какой АЦП, фильтрация на CUDA или ПЛИС?
Шина JESD204 или когерентность не требуется?

[Electrovoicer]

Offтопик:
Широкополосный upmast-МШУ, на agilent-овском FET. RF-Усилитель/аттенюатор ADL5240, квадратурный смеситель AD5387, синтезатор ADF4351 в целочисленном режиме, опора синтезатора AD9912, раздача клока AD9511, опора TCXO Kryocera. Предрайвер АЦП ADL5566, аа-фильтр 8го порядка (разбит на две секции), АЦП LTC2271, из ацп ничего лучше на данный момент нет, хотя можно LTC2387-18 попробовать, но там будут иные проблемы. Вполне можно сделать на миландровском 5101НВ015 и воронежской ПЛИС, но будет ниже чувствительность, и ниже блокирующий канал... В принципе, почти вся отечественная элементная база для этого есть уже, включая синтезатор и опорный DDS, не говоря уж о морионовских OCXO, которые в топовом классе дешевле на треть американских...
JESD204 - он для масс-продакшн, чтоб индусам проще было базовые станции 4G разрабатывать, топовые приборы не будут с этим интерфейсом.
Фильтрация и RTA в довольно скромной ПЛИС, после того, как создали модель, матлаб нагенерил код для 8миканального приемника под эту ПЛИС. Посидели, подумали - в ту же самую ПЛИС уместилось пять 8миканальных приемников, это к слову о современных автоматизированных методах разработки... ПЯТЬ, КАРЛ! ВМЕСТО ОДНОГО... Да, можно, да, будет работать, но не более... Time to market, мать его...

[BesPav]

Offтопик:
АЦП LTC2271

Павел, очень познавательно, спасибо!

Offтопик:

Да, там все в разрядность упирается, шум квантования изрядно превышает .
У меня чаще всего старая рабочая лошадка LTC2208. В одном из проектов пришлось разбираться с каскадированием АЦПух, геморрой с кулак...

Расскажите, пожалуйста, почему не стали использовать старшие SDR типа USRP/Winradio? Понятно, что и труба пониже и дым пожиже, но какова мотивация?

Offтопик:

JESD204 - он для масс-продакшн, чтоб индусам проще было базовые станции 4G разрабатывать, топовые приборы не будут с этим интерфейсом.

Offтопик:

Я этим интересуюсь совершенно с другой стороны и упрощение интерфейса с шиной тут не имеет решающего преимущества.
А вот когда требуется несколько десятков АЦПух запустить когерентно, то приходится пользовать что-то типа LTC2274 и аналоги.
Сейчас 16 каналов приема с последующим цифровым ДОУ на десяток диаграмм и под сотню узкополосных каналов по-полной нагружают Infiniband.

Интерес чисто познавательный:
https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2041486

[Electrovoicer]

Offтопик:

Расскажите, пожалуйста, почему не стали использовать старшие SDR типа USRP/Winradio? Понятно, что и труба пониже и дым пожиже, но какова мотивация?

Мотивация проста - для моей задачи нужен больший ДД, чем предоставляют приемники на рынке, и плюс хотелось самостоятельно разобраться в новой теме.

---------- Сообщение добавлено 17.02.2016 в 11.08 ---------- Предыдущее сообщение было 15.02.2016 в 23.57 ----------

Добавил в первый пост фотографии Indra Mono.

[Electrovoicer]

Первые 10 усилителей проверены и отправляются заказчику...
Повторяемость параметров - лучше 0.3% (частота несущей, спектр гармоник и т.д.)

[lazertok]

спектр гармоник и т.д.)

в этом месте по подробней - плюс АФЧХ, КНИ, клип, моща и т.д. - "железяка"-то серьезная...

[Electrovoicer]

в этом месте по подробней - плюс АФЧХ, КНИ, клип, моща и т.д. - "железяка"-то серьезная...

В первом посте есть графики КНИ и ИМД. Преимущество данного усилителя - очень чистый спектр, свободный от наводок и помех силовой части, прекрасная линейность на малых уровнях, низкий уровень ВЧ-помех на выходе, нетребовательность к источнику питания, униполярное питание.
Мощность 150 Ватт на 4 Ома (питание +38В). Клиппует усилитель сравнительно аккуратно, благодаря специальному алгоритму в ПЛИС - при приближении к клиппингу алгоритм управления начинает вырабатывать дополнительные импульсы переключения, не дающие усилителю перескочить на пониженную частоту, а также предотвратить насыщение интегратора в цепи ОС.

[lazertok]

Мощность 150 Ватт на 4 Ома (питание +38В).

буду признателен увидеть спектр при этом
спасибо

[Electrovoicer]

буду признателен увидеть спектр при этом

А смысл в этом? никакого... ясно, что возрастут искажения. Номинальная долговременная мощность дается при 1%, стандартно. Этот усилитель - для высококачественного воспроизведения музыки, средняя мощность при достаточно громком воспроизведении обычно бывает 1-10 ватт, в зависимости от чувствительности акустической системы, запас по мощности - для переваривания оркестровых тутти Для 10 Ватт график КНИ приведен. Специально для Вас можно настроить усилитель на минимум искажений на номинальной мощности, по отдельной договоренности

[lazertok]

понятно - "паровоз" для одного вагона мне не подходит...
это я к тому, что 10 Вт и чуть более, по качеству можно получить в АБ классе при +/-15В питания с таким же спектром как у вас
...удаляюсь

[sousmanster]

понятно - "паровоз" для одного вагона мне не подходит... удаляюсь

По другому не бывает, тем более в таких габаритах. Да и никакого смысла нет натягивать сову на глобус.
До 20 Вт КНИ и ИМД в еденицах тысяцных процента, что еще надо для домашней акустики?

[lazertok]

в еденицах тысяцных процента, что еще надо для домашней акустики?

в принципе ни чего
Цитата: (про автора промолчу... (сорри)
- С другой стороны, достаточно взять в симуляторе примерно 0,000.1% искажений, чтобы быть уверенным: в железе выйдет топ-усилитель.

[sousmanster]

- С другой стороны, достаточно взять в симуляторе примерно 0,000.1% искажений, чтобы быть уверенным: в железе выйдет топ-усилитель

В симуляции все просто. UCD c 100нС задержкой покажет 0,001%, без учета дедтайма.

---------- Сообщение добавлено 22.34 ---------- Предыдущее сообщение было 22.28 ----------

lazertok, Вы не доверяете симуляции?

[lazertok]

простых измерений не бывает - результаты в измерениях выглядят простыми - но не всем их доступно видимо представить просто...

[sousmanster]

Павел, скажите пожалуйста, (помню вы где-то писали,не могу найти) какая задержка распространения сигнала у TAS5162?

---------- Сообщение добавлено 21.47 ---------- Предыдущее сообщение было 21.43 ----------

в принципе ни чего
Цитата: (про автора промолчу... (сорри)
- С другой стороны, достаточно взять в симуляторе примерно 0,000.1% искажений, чтобы быть уверенным: в железе выйдет топ-усилитель.

Моделирование говорит не о том, что получится в результате, а о том, какой результат возможен на выходе при грамотной реализации. Похоже, что вы этот момент упустили.