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.

[abonent007]

Насколько я понял, тут ни у кого нет >16 бит честных АЦП

А как вам АЦП от топовых Sony? Там вроде из "внутренних нечестных" 24 бит делали честные 16
http://knisi2001.web.fc2.com/dtc-2000es.htm

[Vinni]

Читаю это ветку много лет.
И чёта ничего не вычитаю.
Надо 24/192 ~-120дБ для вылавливания блох в винтаже.
Готов уже купить PCM4222EVM
Но вот как затолкать AES в комп по разумной цене и с соответствующим качеством, никак не найду, перерыл весь интернет.
Может я не так ищу?
Какие есть варианты?

[ViktKors]

Читаю это ветку много лет.
И чёта ничего не вычитаю.
Надо 24/192 ~-120дБ для вылавливания блох в винтаже.
Готов уже купить PCM4222EVM

А толку..
* У нее совершенно великолепная шумовая полка. На ней нет ни "травы", ни помех, ни всяких волн. Она реально хороша, а (как не странно) даже сейчас это не очень частое явление.
* У нее нормальная цифровая часть. Она вполне справляется с задачами.

Но вот аналоговый "вхлоп" там - это только плакать.
Он реально обеспечивает заявленный уровень шума, только от природы никуда не деться, для этого пришлось поставить резисторы в ООС по 270 Ом

О какой-то линейности ОУ при такой нагрузке говорить не приходится от слова совсем (да и входное сопротивление в 560 Ом - нелегко почти для всех источников).
Увеличивать резисторы конечно можно, но повышенное сопротивление источника сигнала - само по себе очень неприятно для примененного ОУ.
А еще есть нагрузка на емкость 5.4 нанофарады (это 2н7 между выходами). И эту емкость увеличить бы еще, но даже такая емкость на полосе 100 кГц (под fs = 192 кГц) - это уже тяжело (300 Ом на 96 кГц).

Кроме того, способ снятия ООС с выходной цепи (обведена синим) реально исключает работу с амбициозным качеством с несимметричным входом.

Короче говоря, это не "вхлоп", а скорее "драйвер вхлопа", а для адекватной и полноценной работы этому ОУ нужен обвес, примеров которому в открытых источниках я не встречал.
Без такого обвеса плату можно условно использовать в качестве "измерительного" ADC (малый шум, но и сигнал на входе очень малый).

Кстати -120 дБ там обещано только по шумам. По искажениям хуже, но учитывая, что ADC всегда нужно чуть недогружать по амплитуде, это не очень большая проблема, если речь идет о "музыкальном" ADC. Уж 18 реально честных бит получить точно можно, а это совсем немало, тем более для "винтажа"

Но вот как затолкать AES в комп по разумной цене и с соответствующим качеством, никак не найду, перерыл весь интернет.

Ну звуковух, которые тянут СПДИФ до 96 кГц много.
Какие-то, наверное, реально могут и 192 (если это заявлено, не факт, что так и будет, например на оптике сигнал может приемлемо звучать, но отдельные семплы выпадают.)

Но на СПДИФ (AES) свет клином не сошелся. Там на плате есть и колодка с I2S выходом, и колодка с DSD, и даже выход модулятора.
Вероято найти готовую I2S - USB плату все-же реально.

[maxssau]

Но вот как затолкать AES в комп по разумной цене и с соответствующим качеством, никак не найду, перерыл весь интернет.

Juli@ по коаксиалу?

[ViktKors]

Offтопик:
maxssau, тут был пост от Вас по шумам. Вопрос все еще актуален? (пост все еще открыт в отдельной вкладке)

[maxssau]

Offтопик:

да, конечно актуален, хочу выжать максимум из связки OPA1632+CS5381, АЦП заявлен как 120 дБ SNR, по факту Leq показывает 104

для второй ревизии платы хочу попробовать эту схему https://www.amb.org/audio/alpha24/

кроме аналоговой части, собрались еще кое какие улучшения по цифровой части.

[Alex]

Надо 24/192 ~-120дБ для вылавливания блох в винтаже.

120дБ чего - видимой шумовой полки, SNR, SINAD?

Готов уже купить PCM4222EVM

Если надо мерять КНИ, то этим чипом это можно делать не больше чем -30-20дБ по входу

А еще есть нагрузка на емкость 5.4 нанофарады (это 2н7 между выходами). И эту емкость увеличить бы еще,

Зачем? А может наоборот, уменьшить? Эта емкость штука хитрая, и део вовсе не в частоте среза фильтра - от нее доволно сильно гармошки самого АЦП зависят.

[Vinni]

найти готовую I2S - USB плату все-же реально

Сэнкс. Пошёл искать.

[maxssau]

Offтопик:

Сэнкс. Пошёл искать.

https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=84805
есть 1 собранная, пока без изоляторов, заказывать надо

[Vinni]

не больше чем -30-20дБ по входу

Вот простой пример, как на рынке всё есть, но как только собираешься купить, так нет нифига.
Саш, вот я в очереди на АЦП у тебя стою много лет ))

[ViktKors]

120дБ чего - видимой шумовой полки, SNR, SINAD?

Ну учитывая, что для 4222 120 дБ - это заявленный сигнал/шум - надо полагать именно его и хочется.
Особенно если учесть, что полка "подвижна" (о чем в ветке было не раз), а "SNR, SINAD" и т.п. во многих "типа нормальных" программах достоверны примерно как прогноз погоды на марсе.

Зачем? А может наоборот, уменьшить? Эта емкость штука хитрая, и део вовсе не в частоте среза фильтра - от нее доволно сильно гармошки самого АЦП зависят.

Да при чем тут "частота среза"??
С "гармошками" там просто. Чем больше емкость - тем лучше режим входа АЦП, тем они меньше, а звуку лучше.
Но чем больше емкость - тем тяжелее приходится операционнику "вхлопа"(далеко не блестящему), и тем больше гармоник плодит уже он.
Так что конечно в типовой схеме есть некий оптимум емкости.
В нормальной схеме "вхлопа" (которая сама не будет ограничивать параметры АЦП, т.е. будет иметь гармоники заметно ниже LSB - -144 дБ) такой оптимум конечно тоже будет, но будет сдвинут в сторону больших номиналов.

П.С. если уж на то пошло, там еще есть пара "нитчек" которые позволяют тягать "гармошки АЦП" (именно чипа) в ту или иную сторону.

[Alex]

С "гармошками" там просто. Чем больше емкость - тем лучше режим входа АЦП, тем они меньше,

В том-то и дело, что нет.
Например у 1804 в даташите 10нф стоит, а я ставлю 1-2, поскольку так лучше.

[ViktKors]

В том-то и дело, что нет.
Например у 1804 в даташите 10нф стоит, а я ставлю 1-2, поскольку так лучше.

Было и такое. Пришлось ставить 10 нФ в корпусе 1210, да после развязывающих резисторов в 10 Ом (вместо типовых 39-100 Ом).
Хотя конечно 10 нФ (это по 20 нФ на каждый из дифф выходов) - это 400 Ом на 20 кГц. Вешать такое нагрузкой на "датащитный" OPA2134 - мысль конечно оригинальная

[Alex]

Резисторы у меня 44 ома стоят, почти как в даташите (47), а вот конденсатор - в 5-10 раз меньше.

[ViktKors]

Резисторы у меня 44 ома стоят, почти как в даташите (47), а вот конденсатор - в 5-10 раз меньше.

Своя рука - владыка

[maxssau]

у меня еще такое сомнение. Если сейчас делать аппаратный делитель на те же -12 дБ, а потом в прошивке сдвигать на 1-2 бита, то в итоге мы же потеряем SNR как раз на это значение, т.е. в случае измерительного стенда не есть гуд.

И кстати говоря, если в спектре выключить калибровку, то Leq уже 112 дБ. Надо будет попробовать убрать сдвиг на 1 бит. Может и 118 дБ получится

[ViktKors]

у меня еще такое сомнение. Если сейчас делать аппаратный делитель на те же -12 дБ, а потом в прошивке сдвигать на 1-2 бита, то в итоге мы же потеряем SNR как раз на это значение, т.е. в случае измерительного стенда не есть гуд.

ИМХО, зависит от назначения АЦП.
Если для музыки - усилитель должен отрабатывать полную шкалу. При записи rms конечно стоит поставить где-то на -12 дБ. Пики сигнала (интерсемплы с цифры и после фильтров, щелчки с винила, еще что) как раз и выберут верхний бит-другой.
Т.е. усилитель точно стоит делать на полную шкалу, только перед АЦП должен быть регулятор уровня (можно буквально несколько ступеней на реле), чтоб выставить актуальный уровень записи.

Если АЦП измерительный, то снижать уровень на входе отчасти имеет смысл только если производится измерение на полной шкале, например THD.

Но понятно, что "прямые измерения" - это не самый лучший метод по нынешним притязаниям техники. Т.е. все равно придется измерять без ослабления сигнала во входном усилителе - например после режектора, после моста Баксандалла (или как там называется вычитание входа из выхода).
А для измерений шума неплохо бы сигнал на входе еще и аккуратно усилить перед АЦП.
Т.е. делать усилитель под -12 дБ едва-ли есть смысл.

Вот регулировку уровня (не исключено, что) стоило бы сделать продвинутую, не тупым потенциометром на входе, а коммутацией Ку каскада (по крайней мере, для увеличения Ку)

[Alex]

Своя рука - владыка

Дело не в руке, а в том, что так лучше.

[maxssau]

какие номиналы посоветуете? нужно ли будет делать доп. буфер как в схеме а24 от АМБ?

[ViktKors]

Offтопик:

Дело не в руке, а в том, что так лучше.

В отношении чего лучше?
THD на 1 кГц на полной шкале?
THD на 20 кГц?
Сигнал/шум?
Количества и уровня "idle tones"?
Уровня "травы"?
Применительно к "голому" чипу АЦП или к связке "вхлоп"+чип_АЦП?

Это же все вопросы, которые совершенно релятивизируют утверждение.
Мне никогда бы не пришло в голову спорить с утверждением про вред чрезмерного увеличения этой емкости в типовой схеме, или какой еще ее некомпозитной разновидности.
Но по нынешним временам второй ОУ для буфера отдельной схемой или закомпозиченным каскадом - что в лоб, что полбу по деньгам. Так чего ради ограничивать себя разновидностями датащитных схем?
Уже одно только то, что хороший композит субъективно нейтральнее и позволяет вообще забыть о таком параметре как искажения (и в значительной степени - "тяжелая" нагрузка) по мне делает его стоящим внимания.

Конечно, под каждое применение приходится рисовать свой вид композита. Ну так мы вроде тут любители - кто нам может запретить посвоевольничать .

какие номиналы посоветуете? нужно ли будет делать доп. буфер как в схеме а24 от АМБ?

Без понятия, что такое "а24 от АМБ".

Что понимается под "доп буфером"? Если это умощнитель выхода - едва ли он нынче нужен. нынешние ОУ достаточно мощные (линейность - вопрос отдельный), а особенности АЦПшных входов (низкие "малошумные" номиналы в ООС, постоянное смещение на обоих входах) позволяют почти даром вывести выход ОУ в класс А, значительно облегчив субъективное восприятие звука.

Умощнитель на входе типовой схемы "вхлопа" - да, штука разумная. Но такой повторитель, работающий на нагрузку в несколько сотен Ом да еще и не вносящий артефактов в сигнал (читать уровень шума - от -130 дБ и ниже, искажений не выше -140 дБ интегрально) - это та еще задача. По сути это еще один композит, да еще и неинвертирующий (привет входной синфазке)
С другой стороны, если речь не об экстремальных параметрах, то шумом можно чуток пожертвовать (увеличить номиналы резисторов в ООС) тогда буфер уже не настолько необходим. Тем более в типовом случае на каждом из балансных выходов ЦАП rms порядка пары вольт, а АЦП требует вдвое меньше, да еще и скинуть разряд-полтора сверху про запас. Т.е. Ку и в самом деле может быть порядка -12 дБ. Это значит, что нормальный шум будет при входных резисторах порядка килоОма (что не есть проблема для нормальных ЦАП, корректоров и прочего), при том, что ООСный резистор будет пара сотен Ом.

А если нужен измерительный АЦП, то измерения после режектора, после вычитающего моста, измерения шумовой полки и т.п. производятся при очень малых сигналах на входе.
Т.е. нужно единичное (или больше) усиление, но сам сигнал мал. В таком случае нормально справится почти любой ОУ, включенный повторителем (у меня на таком входе тупо стоит OPA1642).

Т.е. резисторы в ООС вполне можно поставить в 220-560 Ом,
входные
220-560 Ом - для случая измерений на малом сигнале после простейшего повторителя
1-3 кОм - для работы АЦП на музыкальном сигнале от типового источника с амплитудой несколько вольт.

Скрытый текст

Только конечно не стоит увлекаться малыми резисторами самими по себе. Для шума не менее (а с резисторами вроде 220 Ом - уже более) важен шум самого ОУ.
АЦПщный вход низковольтный (1.2 вольта амплитуды на каждом входе - это 1.7 вольта rms на синусе полной шкалы).
Чтоб дифф ОУ давал шум, малый в сравнении с шумом АЦП (скажем -130 дБ), rms шума на его выходе должен быть порядка 0.5 мкВ.
А это ни много ни мало - 2.7 "нановольта на корень из Гц" шумового напряжения приведенного ко входу ОУ с схеме с Ку ~0.67.
И в эти 2.7 нВ/Гн^1/2 входит и шум напряжения ОУ и его входной токовый шум (ан импедансе резисторов обвязки) и собственно тепловой шум резисторов.

Как ориентир, два резистора ООС по 220 Ом, плюс два входных резистора по 330 Ом (для Ку 0.67) дадут эквивалентный импеданс на входах ОУ в 300 Ом, и шумовое напряжение ~2.2 нВ/Гн^1/2.
Т.е. на долю ОУ останется ~1.5 нВ/Гн^1/2 шума - выбор не такой уж большой.
И если ОУ будет более ординарный (заметно более шумный), выжимание номиналов резисторов вниз уже почти ничего не даст на фоне шума ОУ.
Например, для ОУ с полевым входом и шумом 6 нВ/Гн^1/2 уже безразлично, будут ли резисторы ООС по 220 Ом или по 470 Ом
Суммарный шум (корень из суммы квадратов шумов ОУ и резисторов) почти не изменится.
220+330 Ом + ОУ будет 6.4 нВ/Гн^1/2,
а
470+680 Ом + ОУ будет 6.8 нВ/Гн^1/2,
разница по шуму - смешные 0.5 дБ. При том, что в качестве нагрузки ОУ 220 и 470 Ом - это немного разные случаи.

[свернуть]

Еще может понадобиться преобразователь небаланса в баланс. Но тут нужно смотреть. Типовая схема (с многопетлевой ОС для нечувствительности к емкостной нагрузке) гонит синфазку, если использовать только один вход.
Но отдельный преобразователь небаланс-баланс - это тоже морока.
С другой стороны, начиная с некоторого уровня (скажем -40 дБ) звуковая синфазка на входах АЦП уже особо ничего не портит. Т.е. вместо дополнительного каскада достаточно переделать типовой выход, чтоб он обеспечивал поменьше синфазки.

Ну и конечно, типовой "вхлоп" - это железный вариант средней паршивости, просто чтоб убедиться в работоспособности чипа АЦП. Это конечно хорошо, что "разработчик" имеет возможность скопировать надежный и относительно понятный дизайн (с малым количеством "подводных камней"). Но, ИМХО, ограничиватьсе таким решением - это заранее обрекать устройство на посредственные параметры.