DAC на TDA1541A и FPGA

[tomtit]

Не прошло и 10 лет как я, наконец, решился сделать себе ДАК.
Подход был выбран крайне минималистский - никаких процессоров,
никакой индикации, никакого сервиса.
Единственный TOSLINK вход. Принимает 44,48,88,96,176,192к.
Добавил только простейший регулятор громкости на сдвоенном потенциометре.
Правда есть 4 светодиода, но все они для индикации сбоев и внештатных ситуаций,
в рабочем режиме - все погашены.

Питание сделано на модулях, похожих по исполнению на дискретные регуляторы от Hypex,
я когда-то создавал тему по этому поводу. Они скорректированы единственым полюсом на выходе.
Он образован керамическом конденсатором 4.7мкф, который находится прямо не модуле.
В качестве опоры применены светодиодные цепочки. Они крайне мало шумят и не требуют фильтрации,
да и выглядят весьма прикольно. Сделал так, чтобы не использовать элктролиты или керамику большого номинала.
Размер модулька - чуть побольше TO-247. Они запаяны вертикально, прямо по месту около нагрузки.
Трансформатор - очень дохленький, всего 2 6ВА, но хватает.
Его очень большое выходное сопротивление образует с конденсаторами 4700мкф прекрасный фильтр,
пришлось только защитить емкости зенерами от слишком высокого напряжения холостого хода
(около 34В выпрямленного для 15В обмотки).

В качестве ДАК используетя старинная TDA1541A, FPGA - маленькая стоножка XС3S200A.
Преобразователь I/V выполнен на недокомренсированном ОУ THS4021, выходной каскад - на SE5534.
ПЛИС обеспечивает прием СПДИФ с автоматическим распознованием битрейта и апсэмплинг до 8х (352.8/384к).
Длина фильтра - 759 отводов для 44/48 и 89 для 88/96 и всего 31 отвод для 176/192.
Для 44.1к затухание на Найквисте (22.05к) около -80дБ а на 20К - 0.1дБ. В полосе задержания - -130дВ.
Неравномерность в полосе пропускания порядка 0.02дБ. Фильтр для 44/48 - минимально-фазовый, на остальные частоты - фазолинейные.

На ПЛИС реализован также джиттероподавитель на основе цифровой ФАПЧ с частотой среза 0.03Гц.
На 10Гц коэффициент передачи около -100дВ. ПЛИС управляет частотой двухчастотного генератора на SI552 в пределах +-180ррм.
Для управления используется 12-битный DAC7311 с двойным пассивным
RC фильтром на выходе (10к/30мкф+10к/4.7мкф).

ДАК используется в комплекте с двумя усилителями, свинченными в один блок.
Кабели дифференциалные длиной всего 32см. По существу это попытка сделать моноблочный усилитель с оптическим входом.
Все заиграло почти сразу после сборки, на регулировку ушел один дождливый уикенд.
Измерений никаких не делал, так как дома нет приборов,
кроме старого осциллографа, да и подходящую звуковую карту еще не приобрел.

20-окт-2018: характеристики примененных цифровых фильтров

[20957]

tomtit, Спасибо за развернутый ответ о стабилизаторах.

[Alex]

Кстати, для приема СПДИФ достаточен всего лишь трехкратный оверсемплинг (67.7/73Мгц).
Принцип проверен и работает с астрономической надежностью в серийном медицинском приборе на частоте 100 Мбит/сек с 8b/10b кодировкой. Но это по-секрету, надеюсь, об этом в компании никто даже не догадывается

Не очень понял - это куда вы в медприборе спдиф засунули? Или просто принцип передачи такой-же (манчестер)?

[Meta|_]

Или просто принцип передачи такой-же (манчестер)?

Судя по "8b/10b", код тоже другой. Видимо только физика от спдифа.

Кстати,

трехкратный оверсемплинг

Имелся ввиду "оверклокинг"?

[tomtit]

Offтопик:
Имелся в виду принцип выделения клока и данных из последовательного кода (Clock & Data Recovery Unit).
В приборе был распространенный 8бит в 10бит код.
То что пригодно для SPDIF, работает и для любого другого кода с самосинхронизацией.
Например Ethernet, PCIE, и.т.п.

[dortonyan]

tomtit, Игорь, присоединяюсь к поздравлениям!

Дизеринг - весьма фундаментальная вещь в цифровой обработке.
Его желательно применять везде, где меняется разрядность данных.
Без дизера шум квантования зависит от сигнала, и его пики могут значительно превышать тот уровень,
который достижим с дизерингом, даже несмотря на потери в интегральном SNR.

Не первый раз про это пишите. А есть этому какое-то практическое обоснование, или хотя бы эмпирический опыт?
Для вывода данных понятно, особенно на ЦАП небольшой разрядности. Можно ноизшейпингом нарастить ДД. А в чем смысл для внутренних данных?
Просто если не экономить на разрядности аккумулятора, то погрешность арифметики не трудно сделать сильно меньше 1-го LSB 24. Пускай эта погрешность коррелирует с сигналом, но она все равно будет много ниже суммарного шума устройства.

[abyrvalg]

Но если операций будет много то ошибка легко накапливается до весьма больших значений. В реальной жизни правда проблемы редко бывают так как шумы студии/микрофонов/предов есть всегда и они не маленькие.

С уважением, Полиграф Полиграфович

[dortonyan]

Не, так даже с учетом большого кол-ва операций: если каждый выходной из ЦФ отсчет будет иметь максимальную погрешность, скажем - 0,01ppm.
Допустим из умножителя мы забираем 40 бит результат, с максимальной погрешностью 1LSB (отбрасываем младшие разряды), и накапливаем результаты в 40бит аккумулятор (погрешности при этом суммируются). Допустим всего выполняется 1024 умножения. Тогда максимальная теоретическая накопленная погрешность не превысит 1LSB от 30 бит, т.е. получается пренебрежимо мала.

[abyrvalg]

но потом то вы это приводите к 16/24битам и погрешности отнюдь не маленькие получаются, потом скажем гоните эти данные еще в какойто девайс и там все сначала...

С уважением, Полиграф Полиграфович

[dortonyan]

Случаи, когда надо перегонять потоки данных - не рассматриваем. Речь про банальный ЦФ прямо перед ЦАП, как в сабже. Про ноизшейпинг при округлении до разрядности ЦАП - понятно, я про это выше писал.
А для внутренних данных можно сделать разрядность, скажем 32 бита.

[abyrvalg]

То есть выход во внешний мир (на ЦАП итд) Вы будете делать с дизером+нойшейпингом?
Тогда да, проблем никаких не вижу.

С уважением, Полиграф Полиграфович

[tomtit]

Абырвалг все сказал правильно, добавить нечего.
Если разрядность внутренней шины достаточна, то проблем нет.

Offтопик:
Когда частота выборки кратна частоте сигнала, то вся энергия шума квантования концентрируется в узкие пики, а между ними - 0.
Существует аудиолегенда, что человеческое ухо может слышать такие штуки даже если они гораздо ниже шумовой полки.
Так что, для верности, накинь еще парочку битиков .

---------- Сообщение добавлено 09:42 ---------- Предыдущее сообщение было 08:54 ----------

tomtit, Спасибо за развернутый ответ о стабилизаторах.

Вы, наверное решили меня пристыдить, я еще ни слова не сказал про регуляторы.
Ну ладно, вот полная схема на +12В, нет только керамических конденсаторов 4.7мкф 35В на входе и выходе регулятора.
Силовой транзистор 4401/4403 (SOT223) в зависимости от полярности,
все остальные 3904/3906 SC70-6.
Светодиоды - красные, заменяются частично резисторами 0R 0603 для получения низких напряжений.
Лишних деталей нет.

---------- Сообщение добавлено 22:07 ---------- Предыдущее сообщение было 09:42 ----------

Everlight PLR135, я так понимаю? (Ибо 25мегагерцовыз там никогда на складе нет).
Пока ни одного не попадалось, чтобы вообще не работал на 192.
А вот дешевые кабели, с которыми он (как и любой другой) на 192 не работает - попадались часто.


Который ничем не лучше китайских, и по ТУ также не обязан работать на 192 (ибо он н даже не 16 а 15МГц).

И который, как оказалось, гораздо лучше китайских PLR135 c Digikey.
PLR135 на пределе вытягивают 176 и срубаются на 192.
После замены все работает просто отлично. Все, проект завершен !

---------- Сообщение добавлено 22:33 ---------- Предыдущее сообщение было 22:07 ----------

К сожалению не обошлось без маленькой ложки дегтя - 2 микросхемы ТДА1541А, оказались перемаркированными.
Если внимательно приглядеться, то видно что верхняя часть корпуса сошлифована и нанесена новая маркировка, причем шрифт не фирменный.
К счастью, у меня еще оказалось в запасе 3 шт, одна А-S1 с короной и две 1541 без А, эти выглядят хорошо на мой неопытный взгляд.
Как ни странно, все работают на 8х, даже фейковые.

[20957]

Вы, наверное решили меня пристыдить, я еще ни слова не сказал про регуляторы.

Извините))) Огромное вам спасибо!

[yan]

Поздравляю!
очень симпатично и лаконично.

Ну чем, Spartan3 хуже 7го для решения поставленной задачи ?

У меня со spartan3..6 не срослось именно потому что Xilinx считают их устаревшими и не поддерживают в современной Vivado.
Во-первых, у меня ISE зависал в самые неподходящие моменты, когда спасти только что набраный код можно было только сделав скриншот.
Во-вторых, когда прочувствовал удобство SV, расписывать код на голом верилоге - удовольствия мало.
Хочу поинтересоваться, вы используете ISE или некие сторонние редакторы и синтезаторы-компиляторы?

Насчет SI570 и I2C. Вы знакомы с регистрами и процедурой смены частоты у SI570?
Вы хотите чтобы я повелся и реализовал всю эту дурь аппаратно ?

Мне пришлось реализовать, чтобы в итоге понять, что это дурь и есть. Вылилось более чем в 1000 LCells алтеры. Даже проц был бы компактнее.

[tomtit]

Хочу поинтересоваться, вы используете ISE или некие сторонние редакторы и синтезаторы-компиляторы?

Привет Иван,

Приятно снова общаться с Вами.
Я использовал только ISE 14.7 и очень старую версию Моделсима для Алтеры,
которая поддерживает Verilog 2001.
95% проекта делается в симуляторе, иногда даже скоп включать не надо.
Моделсим я люблю за рисование диаграм в аналоговом формате,
это очень помогает в отладке DSP алгоритмов.
Симулятор от Xilinx этого не умеет.

Offтопик:
Никаких проблем с ISE никогда не замечал до появления Win10.
ISE вообще-то кроссплатформеный и написан на GCC и Яве.
По-моему,Micro$oft начала намеренно тормозить конкурирующие техологии.
Никогда еще не было столько необьяснимых проблем при переходе на новуюверсию Win.
Но ISE работает, в итоге, и на ней, но после доработки "напильником".
На счет устаревания - если Xilinx перестанет поддерживать старые ИС -
то перестанут летать Боинги и Аеробусы, и их просто засудят.
SV я пока не освоил и, видимо не судьба.
Год назад сменил работу и теперь не до этого.
Если на старой работе раз в несколько лет и удавалось
сделать небольшой проект на ПЛИС,
то теперь ничего не предвидится.

[tomtit]

Сегодня вечером слегка модифицировал прошивку, фильтр можно увеличить до 1011 отводов,
теперь старушка ТДА1541 играет на 12х (529.2/576к).

[Semigor]

Лишних деталей нет.

7 светодиодов в опоре - это чтобы побольше температурный дрейф выходного напряжения получить ?

[sia_2]

7 светодиодов в опоре - это чтобы побольше температурный дрейф выходного напряжения получить ?

Чтобы улучшить отношение опорного напряжения к шуму. Термодрейф при одном и том же выходном напряжении от числа диодов не зависит - нет разницы, умножено напряжение усилением напряжения одного диода или просто набором стопки.

[Semigor]

Термодрейф при одном и том же выходном напряжении от числа диодов не зависит - нет разницы, умножено напряжение усилением напряжения одного диода или просто набором стопки.

Разумеется, но и кроме светодиодов существуют ИОНы.

[Turbo_man]

теперь старушка ТДА1541 играет на 12х (529.2/576к).

Можно смело идти на 16х. Работает без проблем.

[Игорь Гапонов]

Похоже, она и 32 - время установления выходного тока 0,5мкс (1/2мзр).