Создаем Чистюлю, или как забыть о нужде обратной синхронизации.

[Electrovoicer]

Завел тему, чтобы обсудить некоторые особенности готовящегося к выпуску "Чистюли".

Концепция устройства такова: на вход поступает тактовый сигнал любой стандартной частоты (на схеме есть табличка с поддерживаемыми частотами), далее сигнал обрабатывается с помощью цифровой ФАПЧ с малой полосой пропускания (единицы герц). На выходе получаем тактовый сигнал с частотой и фазой, соответствующий входному, но с джиттером на уровне долей пикосекунды.

Для чего это нужно? Для того, чтобы в подавляющем большинстве применений отказаться от пары дорогих генераторов (на две сетки частот) и необходимости применять обратную синхронизацию источника сигнала. Достаточно будет очистить от джиттера сигналы с обычного spdif-приемника, или любого другого асинхронного источника цифровых аудиоданных с шиной I2S (wm8804, pcm2706 и многие другие), и получить заметный прирост качества звуковоспроизведения.

Особенно важен факт того, что по уровню низкочастотных составляющих фазового шума "Чистюля" вполне может соперничать с очень хорошими генераторами. И, к сожалению (или счастью?), только единственный прибор одной фирмы, построенный на технологии цифровой ФАПЧ, имеет необходимую нам узкополосность фильтра ФАПЧ, позволяющую добиться необходимых в высококачественном аудио показателей низкочастотного фазового шума. Оценка значений фазового шума приведена в таблице на схеме. Я провел опыты с EVM-платой и получил очень похожие результаты.
"Чистюлю" надлежит включать в разрыв одного из трех клоковых проводов шины I2S - того, от фазового шума которого зависят динамические погрешности АЦ/ЦА-преобразователей. Для большинства сигма-дельта приборов это будет мастер-клок, для разных мультибитов - по разному. Позже сделаю табличку, для какого типа приборов куда включать "Чистюлю".
Другой способ применения "Чистюли" - синхронизация регистра реклока от локального мастерклока (например, генерируемого spdif-приемником). Для вящей универсальности есть второй выход с удвоенной частотой.
Кроме того, вход тактового сигнала выполнен, как дифференциальный (он имеет позитивный MCLKI и негативный MCLKIGND сигналы) и электрически развязан от основного устройства конденсаторами. Это позволяет избежать проблем с появлением контура "земли" при внедрении "Чистюли" в целевое устройство. Разумеется, можно использовать этот вход как обычный КМОП, подключив к "земле" негативный сигнал MCLKIGND. Наиболее выгодным в большинстве применений является псевдодифференциальное подключение, когда оба этих синала вместе приходят к источнику, и сигнал MCLKIGND подключается именно к его "земле", в непосредственной близости.
Питание модуля - от источника +5В, потребление не маленькое - до 300мА. Размеры четырехслойной печатной платы - 30 х 50 мм. Коннектор - 6 пинов с шагом 2.54мм, предполагается вертикальная установка. Конфигурирование управляющих регистров ЦФАПЧ (коих набралось 49 штук) и алгоритм выбора рабочей частоты осуществляются с помощью микропрограммы, выполняемой микроконтроллером NXP LPC1114. Микроконтроллер работает от встроенного RC-генератора на пониженной частоте и не является источником сколь-нибудь ощутимых электромагнитных помех (проверено).
Предусмотрена индикация режимов работы: индикатор отсутствия сигнала на входе, индикатор захвата частоты, индикатор питания.

Вопросы к форумчанам:
1. нужно ли добавлять на модуль регистры реклока для всех сигналов I2S ? Я счел это излишним при некотором размышлении
2. нужно ли поддержать еще какие-то частоты?
3. нужно ли поддержать диапазон частот сигналов BCLK и LRCK (сейчас поддержаны частоты MCLK), чтобы включать модуль в разрыв именно этих сигналов, когда это надо? (например, PCM1704 обновляет выход по сигналу BCLK)

Цену тут озвучить не могу, будет тема в "толкучке". Скажу только, что договорился с дистрибьютором и цена на чип ЦФАПЧ будет очень хорошей, что сделает итоговую стоимость доступной и интересной для широкого круга.

[Electrovoicer]

Offтопик:
Технология в принципе довольно проста, это ФАПЧ, использующая делитель частоты, имеющий не дискретный набор (напр F/2, F/3... F/n или F*m/n, где m и n - целые числа), а "квазинепрерывно" регулируемый коэффициент деления, например, 5.2341767... за счет использования интерполяции между двумя близкими рациональными значениями, выбор между которыми динамически управляется с помощью сигма-дельта модулятора, разрядность которого может быть сделана произвольно высокой. Но есть много "частностей", например обеспечение определенного спектра эквивалентного ВЧ шума (для подавления вносимой им паразитной ВЧ фазовой модуляции) и idle tones в таком модуляторе.

именно с этим связаны тонкости с вычислением оптимальных коэффициентов делителей - нужную центральную частоту можно получить разными способами, но только один способ даст минимальные выбросы характеристики передачи джиттера.
Кроме того, в программе DSPLLsim, распространямой производителем, рассчитывающей значения конфигурационных регистров, найдены обидные ошибки. Все приходится делать самому

[Electrovoicer]

Вчера до трех ночи сидел писал управляющую программу. не сдавался, пока не допер, как сделать п.2 из нижеописанных
Обнаружилось несколько ранее не замеченных "фич":
1. регистры управления физически 8 бит, но конкретные параметры попадаются от 1 до 20 бит длиной, не выравнены, с перекрытиями, разбросаны по разным регистрам. Матерился, но struct с union в итоге решают все проблемы
2. решил по некоторым причинам перенести алгоритм вычисления настроек в микропроцессор, не использовать посчитанные в их софте предопределенные значения. ну что сказать, спасибо им за оригинальный способ нахождения значения необходимых делителей сломал голову, пока придумал, как изящно решить следующую задачу:
r1, r2 - вещественные числа
причем r1 >> r2
значение возьмем посерединке r1 = 5.26e9
желаемое значение r2 находится в диапазоне от 1е6 до 2е6
есть целые числа d1, d2
d1 может принимать значения от 4 до 11 (4,5,6,7,8,9,10,11),
d2 может быть любым ЧЕТНЫМ (2,4,6,8,10...) от 2^1 до 2^20.
надо найти d1 d2 такие, чтобы выражение r2 * d1 *d2 было максимально приближено к r1
тупым перебором всех значений решать нельзя

кто хочет - может предложить альтернативные решения напоминаю, что памяти не гигабайт и производительность не гигафлоп

[s3tup]

for (int d1=4; d1<=11;d1++)
{
d2=round((r1/(d1*r2))/2)*2;
if (abs(d1*d2*r2-r1)<abs(best_d1*d2*r2-r1)) {best_d1=d1;}
}
d2=round((r1/(best_d1*r2))/2)*2;


Было интересно точность и прочее не проверял. По ресурсам - немного деления, цикл на 8. Даж синтаксис не проверял
Функций Си знаю туманно. но такие просто обязанны быть.

[Electrovoicer]

Было интересно точность и прочее не проверял. По ресурсам - немного деления, цикл на 8. Даж синтаксис не проверял
Функций Си знаю туманно. но такие просто обязанны быть.

согласен, аналогично сделал. на деле чуть больше проверок, но принцип тот же - пройтись по d1.

[aal]

Немного не в тему но меня заинтересовала эта новость....

В письме ко мне ещё была вот эта фотка:

[Electrovoicer]

Делаю вторую итерацию платы.
Благодаря ценным советам уважаемых бизнесменов Denisius и Energetik было принято решение добавить на плату приемник spdif 24/192
Т.е. плата теперь будет являться самодостаточным источником "цифры" для любого ЦАП с входом I2S. Размер не сильно должен увеличиться.

[Максим]

Благодаря ценным советам уважаемых бизнесменов Denisius и Energetik было принято решение добавить на плату приемник spdif 24/192

Зря это, очень зря - с приемником надо делать отдельный вариант.

[Бурцев]

Делаю вторую итерацию платы.
Благодаря ценным советам уважаемых бизнесменов Denisius и Energetik было принято решение добавить на плату приемник spdif 24/192
Т.е. плата теперь будет являться самодостаточным источником "цифры" для любого ЦАП с входом I2S. Размер не сильно должен увеличиться.

А первоначальный вариант будет доступен для заказа?



С уважением.

Алексей Бурцев

[Turbo_man]

было принято решение добавить на плату приемник spdif 24/192

А возможность работы минуя его (при необходимости) осталась?

[Electrovoicer]

да, можно будет его минуть

[Максим]

да, можно будет его минуть

Это уже не имеет значения - меня, например, такой вариант абсолютно не интересует.
Приемник на борту имеет смысл при использовании м/с цап с цф в одном корпусе - тогда всё красиво, но такие микрухи я вообще не планирую использовать...
И что мешает сделать два варианта?

[tsf54]

А меня,например,очень интересует приемник SPDIF на борту!Только такой мне и нужен,на данный момент.

[Electrovoicer]

Приемник на борту имеет смысл при использовании м/с цап с цф в одном корпусе - тогда всё красиво, но такие микрухи я вообще не планирую использовать...
И что мешает сделать два варианта?

хорошо, персонально для Вас приемник не буду вообще запаивать
кучу вариантов мешают сделать немаленькие расходы на подготовку к производству каждого варианта.
вот и пытаюсь найти золотую середину.
например, очень много владельцев "Гелиосов" - им бы пригодился вариант с спдиф.

[cka3o4nuk]

Поддерживаю с приемником - интереснее
все таки мультибитов уже по пальцам

[Максим]

все таки мультибитов уже по пальцам

Мультибиты как таковые здесь ни при чем - SM5865 совсем не мультибит, например, но для неё приемник на борту точно не нужен.

например, очень много владельцев "Гелиосов" - им бы пригодился вариант с спдиф.

Это совершенно справедливо.

хорошо, персонально для Вас приемник не буду вообще запаивать

Как можно??? Останется свободная позиция - это не по фэн-шуй!!!!

кучу вариантов мешают сделать немаленькие расходы на подготовку к производству каждого варианта.

???
Вообще, не зная планируемой цены конечного продукта, оценить долю расходов на подготовку производства ПП в итоговой стоимости затруднительно. Но при достаточном количестве плат она будет небольшая в любом случае. Можно сделать голосовалку, дабы выяснить количество желающих на тот и другой вариант. Ну если без приемника наберется пять с половиной человек - тогда уже не судьба...

[Turbo_man]

А к SPDIF приёмнику уже очень просится модуль автоматической конфигурации ЦАП-а на принимаемый поток (а там уже и индикация режимов, хотя это уже и на коленке можно собрать).

[Максим]

А к SPDIF приёмнику уже очень просится модуль автоматической конфигурации ЦАП-а на принимаемый поток (а там уже и индикация режимов, хотя это уже и на коленке можно собрать).

Если и дальше продолжится тенденция обрастания полезного модуля всякой лабудой, то пора оставить всякие надежды и поставить на этом начинании жирный крест...

[Сухоруков Сергей]

Если и дальше продолжится тенденция обрастания полезного модуля всякой лабудой, то пора оставить всякие надежды и поставить на этом начинании жирный крест...

Я тоже писал на эту тему: нельзя объять необъятное...
Не надо размениваться на мелочи в ущерб главному.

[Electrovoicer]

Offтопик:
Я всё понял! На форуме работает слаженная команда провокаторов, пытающаяся сбить меня с пути истинного. Они искусно подкидывают "дезу", занимаются, по сути, террористической деятельностью, с целью сорвать проект

[antiluser]

Offтопик:
Главное ФАПЧ оставить не забыть в проекте