Дилетантский вопрос про sigma-delta

[tomtit]

Вот наскоро сочинил примитивную модель однобитного сигма-дельта модулятора 4-го порядка,
подал на вход синус 20-бит проапсэмпленный до 256*Fs.
Смотрите что получилось ...
Почему никто не использует столь простой подход ?
Ищем грабли ..., учим теорию.

[And$er]

tomtit, а как звучит? Послушать уже получилось?

[tomtit]

tomtit, а как звучит? Послушать уже получилось?

Звук кристально чистый.
По сравнению с предыдущим ДАКом на ТДА1541 или ПЦМ63,
этот - на класс выше.

[And$er]

А, например, с ak449X или с ad1853 нет возможности сравнить?

[dortonyan]

tomtit, спасибо что делитесь результатами, очень интересно!
Это то что вы описывали выше - ШИМ + AFIR?
На спектрах из симулятора у вас шейпинг обычно был от 40кГц, а здесь сразу за звуковой полосой.

конденсаторы все NP0 5% 0603 - недорогие.

Непонятно ещё, откуда берётся вторая гармоника в таком количестве.

Может одно следует из другого?
5% многовато, я для диф. цепей 1% емкости использую.
И еще вопрос - как питаете триггеры, отдельным аналоговым питанием или цифровым 3,3в?
Ранее вы уже писали про аналогичную проблему со второй гармоникой.

Offтопик:

Сейчас всё на Диджикее подорожало в 3раза.

Ну прям таки все? Я наоборот смотрю, что и дигикей и маузер начинают оживать, растет ассортимент. Причем многие позиции идут по доковидным ценам, что удивительно.

[tomtit]

tomtit, спасибо что делитесь результатами, очень интересно!
Это то что вы описывали выше - ШИМ + AFIR?
На спектрах из симулятора у вас шейпинг обычно был от 40кГц, а здесь сразу за звуковой полосой.



Может одно следует из другого?
5% многовато, я для диф. цепей 1% емкости использую.
И еще вопрос - как питаете триггеры, отдельным аналоговым питанием или цифровым 3,3в?
Ранее вы уже писали про аналогичную проблему со второй гармоникой.

Offтопик:

Ну прям таки все? Я наоборот смотрю, что и дигикей и маузер начинают оживать, растет ассортимент. Причем многие позиции идут по доковидным ценам, что удивительно.

Триггеры, конечно же, питаются от отдельного малошумящего ИОН на ADA4897-1.
Шумовая полка определяется аналогом, а не шейпингом, так как
модулятор имеет усиление по петле ОС более 150дВ до 60кГц.
Вторая гармоника скорее появляется из-за очень слабой паразитной модуляции периода ШИМ при высоких индексах модуляции. С эффектами ~1ppm бороться трудновато. Асимметрия схемы не играет значения, у меня есть подстройка потенциометром - крутишь от края до края - никакого влияния на спектр.
Если буду делать окончательный вариант - выкину кучу лишнего.
Ну и ещё загадка - на последней картинке видно только одну 2-ю гармонику.
А отличие - частота АЦП там 384кГц. Это говорит, что надо разбираться скорее с АЦП, чем с ЦАП.

Ну и на вопрос сравнения с АK4493.
У меня есть звуковая карта EVGA с этим ДАК, разработка Аудионота.
Впечатление немного окрашенного звука с пришептыванием, по сравнению с сабжем.
Но даже эта EVGA карта играет лучше всех мультибитов, у них звук грубый, гранулированный.
З.Ы.
Что действительно хорошо в сабже - очень быстрое падение гармоник с уменьшением амплитуды, на -20дБ все они уже на уровне шума. Я подозреваю,
что это главное условие для естественного звуковоспроизведения.

[pyos]

Offтопик:

Если буду делать окончательный вариант - выкину кучу лишнего.

Проект будет открыт для повторения, или не планируется?

[dortonyan]

Шумовая полка определяется аналогом, а не шейпингом

А что в аналоге может так шуметь, ИОН?

Вторая гармоника скорее появляется из-за очень слабой паразитной модуляции периода ШИМ при высоких индексах модуляции. С эффектами ~1ppm бороться трудновато.

Т.е. в модели то же самое?

[tomtit]

А что в аналоге может так шуметь, ИОН?


Т.е. в модели то же самое?

Шумят резисторы и ОУ, плюс наводки от фронтов цифровых сигналов.
Они, как дельта-функция, дают спектр белого шума.
Я уже упоминал, что реализация восстанавливающего фильтра - очень непростая вещь. Приходится разменивать искажения на шум. Полученный SNR далек от рекордов, но меня полностью устраивает.

Численное моделирование показывает что случаются редкие отклонения частоты ШИМ от задающей частоты. Это случается при больших индексах модуляции в присутствии дизеринга высокого уровня.
На спектре идеального двоичного выхода этой проблемы не видно, она проявляется в слабой модуляции тока опоры в реальной схеме.
Эффект второго и более порядка малости. Порядок можно оценить по скорости исчезновения гармоники с уменьшением амплитуды сигнала.

Сегодня увидел маленькие пики по бокам основного тона. Наводка на тактовый генератор от силового транса. Чуть повернул плату и всё стало снова нормально.

И никаких ферритовых бусин в цепи сигнала!!! Заменил 0805 220R Муратовские, на 50R резисторы, и нечётные гармоники сразу рухнули на 10дБ.

Спектр -12дБ сегодня выглядит так:

Получается, что цифровой регулятор громкости предпочтительнее аналогового,
потому что на полной громкости я никогда не слушаю,
а уже при цифровом ослаблении на -12дБ гармоник практически нет.
Улучшать х-ки нужно уже только из чисто спортивного интереса.

[Анатоль]

Заменил 0805 220R Муратовские, на 50R резисторы

А что за схема, можно узнать?
Это имелось ввиду
"Очень хорошо играет совсем без И/В, напрямую с ПЛИС через RC цепочку"

[dortonyan]

В общем, честно измеренные параметры DAK довольно скромны:
level=-3dB
ENOB - 15.5bit
SFDR - 116dB
THD - 0.000165%

А в какой полосе это посчитано? На спектре выглядит все более чем прилично.
Смущает только наличие мелких гармоник высоких порядков, но это могут быть артефакты измерения. Не пробовали задать частоту сигнала некратную ЧД? Например 973Гц, или что-нить вроде того.

[tomtit]

Смущает только наличие мелких гармоник высоких порядков.

Это пролазит шум модулятора через аналоговый ФНЧ.
-120дБ (~1мкв) может уже по воздуху пролететь на частотах выше 100кГц.
Модулятор всё плющит до 80кГц, кочка с 20к до 100к - шум ФНЧ.
Плотность выходного шума ФНЧ - 40нВ/rthz, с максимумом 110 на частоте 50к.
Так что всё согласно теории. Делать более малошумный фильтр - дорого и для звука не нужно. Все резисторы низкоомные, в диапазоне от 620R до 2К.
Побороть бы ещё 2-ую гармонику, но не могу понять причину.
Конструкция на редкость стабильная, что бы ни менял - никакого эффекта на THD.

[tomtit]

Пора подводить итоги по DAC, сделанному из триггеров и резисторов и без применения высоких нанотехнологий.
Вторая гармоника на уровне около -120дБ на сигнале около 0дБ пока непобедима.
Возможно, что надо чередовать прямые и инверсные выходы триггеров в каждом плече дифференциального АFIR, чтобы разровнять возможную разницу прямых и инверсных выходов.
Осталась ещё нерешенной проблема с получением максимально-возможного динамического диапазона.
Этому мешает тепловой шум резисторов и ОУ. Как реализовать простой, неискажающий и бесшумный ФНЧ - непонятно. Пока SNR - слабое место. Всё остальное можно задавить до уровня, когда параметры будут ограничиваться только разрядностью данных. Уже сейчас трудно отличить, где гармоники, а где алиасы ЦФ - они примерно одного уровня. Видно, что отсутствует модуляция шумовой полки. Дифф. линейность преобразования - просто идеальна.

Сделал мультик из измерений окончательного варианта модулятора.
Максимальный уровень находится в районе -10дБ от стандартного - это для того, чтобы получить комфортную громкость с имеющимся УНЧ.

P.S.
Победил в итоге простейший модулятор 8-го порядка с ШИМ выходом в 8 раз
ниже тактовой. Большие надежды на самоосциллирующий модулятор не оправдались, уровень шума и 2-ой гармоники у него получился намного хуже.

[Анатоль]

Дифф. линейность преобразования - просто идеальна.

Если сделать парафазный цифровой канал и через РС цепочки на аналоговый вычитатель - совсем глупое предложение?

[pyos]

Осталась ещё нерешенной проблема с получением максимально-возможного динамического диапазона.
Этому мешает тепловой шум резисторов и ОУ. Как реализовать простой, неискажающий и бесшумный ФНЧ - непонятно. Пока SNR - слабое место

А нужно ли решать, является ли это вообще проблемой? Тепловой шум он же недетерминирован, по сути - тот же аналоговый дизеринг, ИМХО, его наличие наоборот, немного помогает, так как маскирует искажения, возникшие по другим причинам (те же алиасы).

[tomtit]

Померил ещё раз THD сигнала -1дБ с режекцией -30дБ на 1кГц и усилением +6дБ.
Оказалось, что присутствует только 2-ая с амплитудой -124дБ, а все остальные лежат ниже -140дБ.

На практике SNR не проблема, у меня сейчас громкость цифровая, поэтому для шума усиление максимально возможное. Но на практике, приложив ухо к громкоговорителю, шума не слышно. Слух у меня ещё не просел, несмотря на возраст.
Ну и как прикажете соревноваться с теми, кто нагло пишет SNR=140dB?

[dortonyan]

Померил ещё раз THD сигнала -1дБ с режекцией -30дБ на 1кГц и усилением +6дБ.
Оказалось, что присутствует только 2-ая с амплитудой -124дБ, а все остальные лежат ниже -140дБ.

Странно, что на космосе сразу нормально не померялось. Внеполосные шумы так мешают что ли?
Интересно, сколько суммарное ослабление на частоте модуляции АЦП (ФНЧ на входе космоса + ФНЧ на выходе в вашем ЦАПе)?
А так по мне, так более чем круто. Даешь ЦАП на россыпи!

[pyos]

Offтопик:

у меня сейчас громкость цифровая, поэтому для шума усиление максимально возможное. Но на практике, приложив ухо к громкоговорителю, шума не слышно.

Тем более!

Ну и как прикажете соревноваться с теми, кто нагло пишет SNR=140dB?

Предлагаю отнестись философски

А так по мне, так более чем круто. Даешь ЦАП на россыпи!

Да

[And$er]

tomtit, а может и оставить ее, эту вторую гармонику, тем более с таким уровнем.

[Alexander]

Кто-нибудь пробовал UDA1330? Как она?

[_Ру_]

Я пробовал. Нормально она. Но лучше 1334, у нее меньше искажений и она без вопросов понимает всё, в отличие от.