DF2 - Вторая версия DIY ЦФ

[dortonyan]

Итак, обещанный проект нового ЦФ.
Опыт прошлой ветки показал, что вопросы построения ЦФ сводятся к конкретному проекту. Поэтому решил создать отдельную.

Исходная ветка с обсуждением различных реализаций ЦФ здесь.
Ветка про ЦФ DF1 здесь.

С момента публикации прошлой версии ЦФ прокачал скилл по верилогу, поэтому новый ЦФ выполнен проще, и с более сложной арифметикой. В частности добавлены опции шейпера и дополнительного апсемплера, что позволяет выводить данные в том числе на малоразрядные ЦАП, типа AK4499EX.
Получив определенный опыт понял о чем писал Сергей Агеев (на счет реализации умножителей и многовходовых сумматоров на FPGA). Если правильно выбирать длину конвейера, то нет смысла изобретать оригинальную схему умножителя. Компилятор синтезирует лучше.
То же самое касается описания сумматоров: использование многовходовых сумматоров оптимизируется лучше, чем ручная разбивка на двух-входовые.

В отличие от предыдущего проекта, новый делался как заготовка для самостоятельного применения и доработки под свои задачи. Поэтому все режимы досконально не тестировались, и проект выкладывается "как есть" в версии альфа.
В исходниках есть только пара примеров: для FPGA cyclone и lcmxo2.
Описание содержит краткое перечисление основных параметров, а так же инструкцию по самостоятельной сборке проекта и генерации собственных коэф-тов в MatLab.
Картинок много, текста мало. Все как мы любим.
Утилита и ее исходник для автоматизированной конверсии коэф-тов в формат верилога прилагается.
Так же прилагаются матлабовские модели всех каскадов фильтра, архив со сгенерированными коэф-тами фильтров, примененных в проекте и симулинк-модель. Для запуска симулинк-модели нужен матлаб версии r2018b.

- 25.09.2023 - Добавил MatLab модель шейпера в симулинке. На этот раз версии r2013b. В 2018-ом матлабе че-то намудрили со спектроанализатором, и в нем амплитуда сигнала получается зависима от порядка шейпера, или от кратности оверсемплинга.

- 27.09.2023 - Правка шейпера 3-го порядка

Шейпер 3-го порядка в проекте выполнен по схеме:

NTF шейпера на 1кГц сигнале:

Данный шейпер оптимизирован для работы на невысокой частоте семплирования (х16..х32) и с разрядностью данных не менее 7..8 бит.
На работы на более высоких ЧД при меньшей разрядности данных можно упростить коэф-т шейпера, улучшив SNR и сэкономив на логике. Для этого исключается слагаемое Gain3 (по схеме симулинка):

В проекте это слагаемое находится в файле DATA_READ.v:

Данное слагаемое отклоняет значение коэф-та от 3-х, создавая дополнительный полюс на NTF. После упрощения коэф-та NTF шейпера принимает вид классического модулятора 3-го порядка.

Можно также это слагаемое не удалять, а менять его величину (увеличивать сдвиг), двигая тем самым полюс NTF.

[свернуть]

- 28.09.2023 - Отрефакторил модули DATA_READ и SAI_OUTPUT. Поправил описание.
- 05.10.2023 - Поправил DF_CONTROL. Поправил описание.

[Михаил45]

Спасибо. Без таких пояснений тяжеловато самому разбираться, знаний не хватает.

[Михаил45]

Почти идентичны. Шина данных та же самая - 24 бита.
Разница только в том, что для ядра DF1 нужен был синхронизирующий сигнал sai_out_load. Для DF2 он не нужен, соотв. выход в модуле sai_otuput просто не используется (никуда не подключается).
Ну и параметр OVS_MAX для DF1 и DF2 отличается:
Для DF1 это 2-х битный параметр, задающий оверсемплинг от 0 - х4 до 3 - х32.
А для DF2 это 3-х битный параметр, задающий оверсемплинг от 0 - х1 до 5 - х32.
Например, если нужен х16 оверсемплинг, то для ядра DF2 он задается 4, а для sai_output модуля DF1 - 3.
Остальные параметры модуля sai_output с ядром ЦФ не связаны. Разрядности задаются независимо друг от друга. Например можно на 20бит ЦАП вывести 8 бит данные, или на 16 бит ЦАП вывести 10 бит данные.
Разрядность ЦАП задается в модуле sai_output, а разрядность данных - параметрами ядра ЦФ.

Алексей, то есть, связанные параметры я задаю примерно так:
assign load = rload;
assign d_left = QL;
assign d_right = QR;
assign clk = iCLK;
assign clrn = iCLRn;
с учетом, что в новом фильтре есть общий проводник (пример ты привет для ДФ1) , остальные параметры задаю просто через wire, все вспомогательные модули v добавляю к проекту ДФ2, включая переименованный configs.v

Кстати, тогда задавать для sai_output оверсемплинг просто одинаковым числом в df2 и в sai_output? в ДФ1 и в примере ДФ2 одинаково : input[1:0] ovs_max (iOVS_MAX), а в ядре input[2:0] iOVS_MAX.

[dortonyan]

Не очень понял про "связанные" параметры.
Собрал для примера DF2 с модулем вывода из старого проекта. Сейчас там задан х16 оверсемплинг, 16 бит в конвейере. Более точно параметры можете задать самостоятельно, как в проекте DF1.

[Михаил45]

"Связанные" я подразумевал те, которые выходят из DF2_core и входят в sai_out. Алексей спасибо, у тебя, конечно, профессиональный подход, недоступный уже для меня.

[Turbo_man]

Собрал для примера DF2 с модулем вывода из старого проекта.

Спасибо, Алексей.

---------- Сообщение добавлено 22:39 ---------- Предыдущее сообщение было 21:54 ----------

В DF2.v есть 2 строки с нестыковками.

output[2:0] oINOVS, // input sample rate indicate outputs: 1 - 44/48, 2 - 88/96, 3 - 176/192, 4 - 352/384, 5 - 705/768, 7 - error
.......
.oINOVS( wINOVS ), // Input sample rate indication 7 - error, 0 - 44/48, 1 - 88/96, 2 - 176/192, 3 - 352/384, 4 - 705/768

чему верить?

[dortonyan]

Верить дефайнам в файле DEFINES.v Там расписаны актуальные значения.

[Михаил45]

Алексей спасибо еще раз. Запустил ДФ2 с конвейром от ДФ1. Разница на слух есть, при том, что и на первом и втором почему-то в режиме конвейера КНИ-0.01%-0.008%. Это много для тда1541. Вот что беспокоит. 2 -я в основном, довольно музыкальный чип 1541.

Надо попросить Турбомена измерить его конвейер на этих цап.
На ДФ1 такой же уровень искажения, дело в конвейере. Есть еще пара 1541а, но старенькие ( а может уже сдыхают), только нагреваются и идет сплошной треск, надо радиаторы вешать, измерить не успеваю.

---------- Сообщение добавлено 04.10.2023 в 18:18 ---------- Предыдущее сообщение было 03.10.2023 в 18:19 ----------

Накидаю на досуге печатку с одним tda1541а и выхлопом на ад844+ад845. С твоим ДФ2 послушаю. А конвейер на них пока прикрою.

[dortonyan]

Есть еще пара 1541а, но старенькие ( а может уже сдыхают), только нагреваются и идет сплошной треск, надо радиаторы вешать, измерить не успеваю.

Если микрухи не бракованные, то деградировать не должны. Там же схема полностью на биполярных ключах, и без каких-либо значимых токовых нагрузок.

Надо попросить Турбомена измерить его конвейер на этих цап.

Схема конвейера на линейность особо влиять не должна. Это эквивалент параллельного включения ЦАП, при котором нелинейности усредняются в корень из 2 раз на каждое удвоение чипов ЦАП.

[Turbo_man]

КНИ-0.01%-0.008%. Это много для тда1541.

Да, кажется многоватым. Постараюсь обмерить свои. Но быстро не обещаю.
А ты нойзшейпинг с дизером включал?

[Михаил45]

Володя, включал, может 0 надо точно выставлять? Так то слух не режет, особенно через лампу 6с4с. На выходных спаяю цапик на 1541а и сравню с конвейерным вариантом.

[dortonyan]

Разобрались с Александром (And$er) с косяком в его сборке проекта DF2.
Оказалось при задании типа ЦФ константой синтезатор квартуса так яростно оптимизирует, что может поломать функционал.
Пришлось на этот случай добавить атрибуты на сигналы выбора ЦФ.
Так же чуть исправил описание и мелкие правки в проекте. Выкинул удвоитель на триггере, т.к. не всегда работает, это надо отлаживать на каждом проекте индивидуально.

[And$er]

Алексей, еще раз спасибо за помощь

[Montix]

Спасибо за отличный проект

[Михаил45]

Присоединяюсь

[Михаил45]

Алексей привет. По какой причине дф2 может на принимать 192к\24 от хмос? 96\24 и ниже играет. (ДФ1 работает на всех форматах, как часы от этого хмос)

---------- Сообщение добавлено 20:33 ---------- Предыдущее сообщение было 18:19 ----------

Володя, включал, может 0 надо точно выставлять? Так то слух не режет, особенно через лампу 6с4с. На выходных спаяю цапик на 1541а и сравню с конвейерным вариантом.

Искажения с дф1, дф2 порядка 0.01% в режиме х8, практически не зависят от мс. Без цф, чисто от аманерки с soxr по i2s искажения 0.003% в режиме х4. Вот такая загадка. Или особенность работы цф и 1541, 5141а. Причем в конвейере также как и одна.

На слух есть незначительные различия. Но еле слышно, не режет уши. С ДФ2 порезче немного вроде.

[dortonyan]

Алексей привет. По какой причине дф2 может на принимать 192к\24 от хмос? 96\24 и ниже играет. (ДФ1 работает на всех форматах, как часы от этого хмос)

Приветствую.
С таким не сталкивался, прям щас у себя на столе проверил еще раз 192к, 384к - все работает. Надо смотреть осциллограммы от транспорта и моделить конкретный проект.
Ну и симптомы бы поконкретнее, как оно не работает: шумит, трещит или вообще тихо? Какие осциллограммы при этом на выходе? Какая частота клока?

Искажения с дф1, дф2 порядка 0.01% в режиме х8, практически не зависят от мс. Без цф, чисто от аманерки с soxr по i2s искажения 0.003% в режиме х4. Вот такая загадка.

Возможно так и должно быть: с увеличением кратности искажения растут. Проверить несложно, можно задать тот же х4 оверсемплинг и в ЦФ.

[Михаил45]

Понял. Буду проверять. С другой стороны, ДФ1 работает на 192\24.

Все в порядке. Работает 192\24.

[Михаил45]

Возможно так и должно быть: с увеличением кратности искажения растут. Проверить несложно, можно задать тот же х4 оверсемплинг и в ЦФ.

Алексей, есть мысль подключить 1541 по классической схеме i2s прямо от ДФ2. Помнится , ты выкладывал где-то преобразование 2 канала рсм в i2s?

[dortonyan]

Алексей, есть мысль подключить 1541 по классической схеме i2s прямо от ДФ2. Помнится , ты выкладывал где-то преобразование 2 канала рсм в i2s?

Что-то не помню, наверное не я. Я выкладывал I2S to PCM.
Да и зачем он вам? Если есть проблемы с линейностью, то смена интерфейса ничего не исправит.

[Михаил45]

Если одна и та же платка tda1541 подключенная по i2s к аманерке с софтовым цф показвает лучшую линейность, чем подключенная к дф2, то где может быть источник нелинейности? Причем не только у меня, еще Анатоль обратил внимание.