Пробуем расшифровать TDA1541

[Сухоруков Сергей]

Микросхема TDA1541(A), разработанная фирмой Philips в 80-е годы, по сей день представляет интерес для самодельщиков и ценителей хорошего звука благодаря естественному звучанию ЦАПов на её основе. Секрет – в использовании уникальной схемотехники с динамическим усреднением взвешенных двоичных токов.

Однако использование этой микросхемы представляет определённые трудности из-за недостаточной информации о её структуре. Datasheet на TDA1541 очень скуп и невразумителен. Сведения о внутренней схемотехнике TDA1541, почерпнутые из других источников, нередко противоречивы.

Это, с одной стороны, приводит к сложностям проектирования ЦАПа на этой замечательной микросхеме, в частности, организации грамотной обвязки. С другой стороны, TDA1541 обнаруживает ряд недокументированных способностей, например, способность работать от источников цифрового потока с перепадом логических уровней менее 400 мВ.
Чтобы как-то разобраться в структуре TDA1541 я прочитал немало форумов, определённости они почти не добавили. Наконец, наткнулся (спасибо коллеге s3tup) на монографию 1989 года “High-speed and high-resolution analog-to-digital and digital-to-analog converters” Rudy van de Plassche, одного из разработчиков семейства TDA1540, TDA1541, TDA1541A. Картина прояснилась, хотя не полностью. Некоторые аспекты остались в плотной пелене тумана, например, устройство входных каскадов, принимающих цифровой поток, роль источника -5В и т.д.
По материалам указанной монографии, данным из datasheet и по материалам с некоторых форумов diyAudio я попытался воссоздать внутреннюю схемотехнику TDA1541(A). Получившаяся схема неполна (возможно, кто-то дополнит), но, как мне представляется, окажет помощь тем, кто использует эту микросхему в своих разработках.

Результат моих изысканий – в приложении.

[Вячеслав_М]

На самом деле, если смотреть по осциллографу, размах сигналов примерно одинаковый. Просто входные сопротивления 1541 и выходные сопротивления у ЦФ для разных сигналов разные.
......
Кстати, юстировку я до конца не довёл в том смысле, что не нащупал предельные номиналы, ещё дающие устойчивую синхронизацию при минимальном размахе сигналов. Так что - осциллограф в руки, "барабан на шею"!

Так и подумал, что дело во входных и выходных сопротивлениях.
У меня на входе логика HC серии, попробую еще и диоды на выходах их применить, чтобы исключить выходное сопротивление низкого уровня.
Спасибо.

[Игорь Гапонов]

Но ведь речь шла не о том, как соединяется Rвых источника тока с самим источником, а как соединены Rвых источника тока (т.е. выход ЦАПа) и Rвх следующего каскада.

Вот именно. Они соединены параллельно.

[Serge_L]

вернулся к асинхронному DEM-клоку

Да. Сам он говорил мне, что как раз на diyAudio "пиарят" асинхронный ДЕМ, и это - хорошо! Я пробовал так и так, если честно, прокомментировать не могу - явных отличий не уловил. Графики не измерял. Вообще, по звуку в связке с форматом СД-аудио ТДА-шка мне больше всего пока нравится.

[Сухоруков Сергей]

чтобы исключить выходное сопротивление низкого уровня.

Не понял эту фразу. Для источника сигнала низкое выходное сопротивление хорошо.

---------- Добавлено в 10:36 ---------- Предыдущее сообщение в 10:35 ----------

Вот именно. Они соединены параллельно.

С чего бы это.

---------- Добавлено в 10:37 ---------- Предыдущее сообщение в 10:36 ----------

Вообще, по звуку в связке с форматом СД-аудио ТДА-шка мне больше всего пока нравится.

Аналогично.

[Игорь Гапонов]

С чего бы это.

Вы ни разу не слышали об эквивалентных схемах (схемах замещения)?

Offтопик:
Биполярный транзистор в какой-либо точке своей ВАХ (Ik=I(Uke)) на участке насыщения коллекторного тока обычно представляют как параллельно соединённые идеальный источник тока и сопротивление. Значения величин тока источника и сопротивления определяются положением касательной к этой точке на ВАХ. Котангенс угла наклона касательной к оси Uke- величина сопротивления, которое по общепринятым тенденциям называется "внутренним(собственным) сопротивлением прибора(объекта)", т.к. является неотъемлемой частью этого прибора (сравни: "выходное сопротивление усилителя", которое может определяться внешней цепью, например, "петлёй ОС"). А пересечение касательной с осью Ik определяет величину тока источника. Между прочим, отрицательные значения котангенса есть отрицательное сопротивление (например у туннельных диодов есть такие участки на ВАХ).

Вообще касательная может пересекать или обе оси ВАХ: и токовую, и потенциальную, или только одну из этих осей. В последнем случае внутреннее сопротивление равно или нулю (касательная параллельна или сливается с токовой осью) или равно бесконечности (касательная параллельна или сливается с потенциальной осью). Если касательная пересекает обе оси, то в принципе есть две дуальные эквивалентные схемы. Первая, где используется точка пересечения касательной с токовой осью рассмотрена выше. Если использовать точку пересечения касательной с потенциальной осью, то схема представляет собой последовательно соединённые идеальный источник напряжения и то же самое внутреннее сопротивление; точка пересечения с потенциальной осью определяет величину напряжения источника. Для участков насыщения на ВАХ биполярного транзистора или вакуумных пентодов/тетродов это неудобно, т.к. значения напряжений получаются очень большими (порядка сотен вольт и выше), и точность их, значений, графического определения падает. Зато для обычных диодов, вакуумных триодов и ненасыщенных участков ВАХ транзисторов и пентодов удобна эквивлентная схема с источником напряжения.

Замечания.

1.В общем случае эквивалентные схемы для разных точек ВАХ имеют разные значения элементов эквивалентной схемы.

2. Т.к. сам по себе транзистор, диод и лампа внутри не имеют существенных (т.е. небходимых для работы) источников электроэнергии, то практически всегда подразумевается подключение внешнего источника электроэнергии такого, что прибор (объект) находится в "рабочей точке", где и вычисляется эквивалентная схема.

3. Эти схемы практически используются, как средство "линеаризации" ВАХ нелинейных элементов. Один из первых предложил такое для расчёта передатчиков и выпрямителей Берг давно тому (метод Берга). Например, расчёт параметрического стабилизатора с использованием эквивалентной схемы стабилитрона получается весьма точным.

[Сухоруков Сергей]

Вы ни разу не слышали об эквивалентных схемах (схемах замещения)?

Разумеется, знаю, что источник энергии можно представить как источник ЭДС с последовательно соединенным внутренним сопротивлением или источник тока с параллельно соединённым внутренним сопротивлением. Только вот что чему параллельно? По отношению к входному сопротивлению следующего каскада в обоих случаях внутреннее сопротивление источника (ЭДС или тока) оказывается включенным ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО. Вы нарисуйте для себя схемку, чтобы не заблудиться в трёх соснах.

OFF: То, что Вы пишите в Offтопике, вообще не к месту. Причём здесь рассуждения о дуальности или способах представления участка насыщения коллекторного тока и т.д.

[Игорь Гапонов]

Разумеется, знаю, что источник энергии можно представить как источник ЭДС с последовательно соединенным внутренним сопротивлением или источник тока с параллельно соединённым внутренним сопротивлением. Только вот что чему параллельно? По отношению к входному сопротивлению следующего каскада в обоих случаях внутреннее сопротивление источника (ЭДС или тока) оказывается включенным ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО. Вы нарисуйте для себя схемку, чтобы не заблудиться в трёх соснах.

OFF: То, что Вы пишите в Offтопике, вообще не к месту. Причём здесь рассуждения о дуальности или способах представления участка насыщения коллекторного тока и т.д.

Ужос! Советую Вам тоже нарисовать схемку. Именно к входному сопротивлению "следующего каскада" внутреннее сопротивление транзистора параллельно, т.к. ИП обычно имеет низкое сопротивление и обычно заменяется на "перемычку"!

В случае с 1541 выход именно шунтируется внутренними сопротивлениями источников разрядных токов. Путь паразитного шунтирования: выходная ножка, открытые разрядные ключи, внуренние сопротивления источников весовых токов (все параллельно, т.к. у схемы суммирования два общих узла, один- на выходной ножке сигнала, другой- на выходной ножке минуса аналогового питания), выходная ножка минуса напряжения питания, источник напряжения питания, общий провод, ножка "о" микросхемы. Если бы вн.сопротивления весовых источников были бесконечными, то никакой ошибки суммирования весовых токов не происходило бы. Но так как это не так, то в случае, если "Rвх. следующего каскада" не ноль, то "ток ошибки" проходит именно через внутренние сопротивления подключённых к выходу весовых источников тока. Деваться ему просто некуда. Следствие этому- кодозависимое внутреннее сопротивление самого ЦАПа. Между прочим кодонезависимость внутреннего сопротивления ЦАПа позволила бы искючить ошибку суммирования при ненулевом входном сумматора и небесконечном внутреннем источников всовых токов: ток паразитного шунтирования не менялся бы от кода к коду.

Offтопик:
Скучновато здесь становится.

[belka]

Игорь, а чего тут думать? Входное сопротивление преобразователя ток-напряжение должно стремиться к нулю, чего вы копья то ломаете?

Гораздо более интересным представляется, как это нулевое Rвх реализовать изящно в железе.

Offтопик:
В выходном каскаде Гагарин без общей петли ООС Rвх менее 5 ом. Если изгаляться отчаянно, то можно сделать на порядок меньше. В широкой при широкой полосе. Но мой опыт говорит, что это нафиг не нужно. Уверен, что твой тоже.
Тут надо думать о совсем других моментах в преобразователе I-U, но местные любители с непоколебимым упорством лепят ОУ с резисторчиком в ООС.

---------- Добавлено в 21:22 ---------- Предыдущее сообщение в 21:01 ----------

Offтопик:

Offтопик:
Скучновато здесь становится.

Надеюсь, я тебя повеселил

[Игорь Гапонов]

Игорь, а чего тут думать? Входное сопротивление преобразователя ток-напряжение должно стремиться к нулю, чего вы копья то ломаете?

Так мне тут напомнили, что 20-30 омов- и вася не чешись. А я всё 1/65536-ю от минимума ищу, веря, что нулевое бывает только у некоторых и только около нуля по Кельвину. А представляешь, как Назар смеётся, читая здесь про свою увертюру? И ведь, бандерштадт ему в помощь, молчит, как рыба об лёд, за свой синхро-дем-клок.

[belka]

молчит, как рыба об лёд, за свой синхро-дем-клок.

Синхрофазотрон для 1541 описан на Дийаудио сто лет в обед. Чего тут молчать то?

[Игорь Гапонов]

Синхрофазотрон - сто лет в обед. Чего тут молчать то?

Так не применяет он его в поздней версии. Пачиму?

[belka]

Offтопик:

Так не применяет он его в поздней версии. Пачиму?

Чем меньше деталей - тем больше доход. Наверное поэтому.

Если серьёзно, то должно быть все эти экзерсисы полная фигня. Не такие бараны работали на Филипсе, что бы такие элементарные вещи не замечать. Я имею ввиду внешние синхрофазотроны.

Уже утро, добавлю. Почему-то вспоминается АМЛ и введённый им в обиход термин - рандомизация.

И ещё между строк мне читается в твоих , Игорь, постах, что ты задумал I-U сделать адаптируемый, благо у 1541 соответствующих ножек почти достаточное количество для изготовления такого девайса. Ну или сам знаешь, как можно сделать их столько, сколько надо, благо сегодня это не сложно.

Offтопик:
Может я и заблуждаюсь, неверно трактуя переписку Каутского (автора первого перевода Капитала на русский язык) с Троцким. Каутский потом был не в фаворе у правящей элиты и ныне у меня на столе Капитал в переводе И.И.Степанова-Скворцова. Но может Каутский совсем не ошибался и некорректных изменений в оригинальный текст Капитала не вносил?

[Sanny]

Offтопик:

Чем меньше деталей - тем больше доход. Наверное поэтому.

Если серьёзно, то должно быть все эти экзерсисы полная фигня. Не такие бараны работали на Филипсе, что бы такие элементарные вещи не замечать. Я имею ввиду внешние синхрофазотроны.

Уже утро, добавлю. Почему-то вспоминается АМЛ и введённый им в обиход термин - рандомизация.

И ещё между строк мне читается в твоих , Игорь, постах, что ты задумал I-U сделать адаптируемый, благо у 1541 соответствующих ножек почти достаточное количество для изготовления такого девайса. Ну или сам знаешь, как можно сделать их столько, сколько надо, благо сегодня это не сложно.

Offтопик:
Может я и заблуждаюсь, неверно трактуя переписку Каутского (автора первого перевода Капитала на русский язык) с Троцким. Каутский потом был не в фаворе у правящей элиты и ныне у меня на столе Капитал в переводе И.И.Степанова-Скворцова. Но может Каутский совсем не ошибался и некорректных изменений в оригинальный текст Капитала не вносил?

Назар в более поздней версии влепил 10 мкФ на ногу шунтирующей керамики и решил,что степень удавления пульсаций достаточна.
Но где-то писали,что с керамикой похрустывает.Насчет входного-меня еще интересует вопрос,как в реале токовый выход ЦАПы переживает вывешивание на него кондера с точки зрения разрешения и всего остального( имеется ввиду реакция токового выхода самого ЦАПы,а не активного преобразователя ток-напряжение на опере)

[belka]

Sanny,для того, что бы попытаться ответить на ваш вопрос корректно, необходимо как минимум знать, какой именно цап и какой тип преобразователя за ним используется. Место для этого конденсаторчика очень желательно предусматривать всегда, но вопрос о важности его наличия в схеме может дать только слуховая экспертиза. В резистивном преобразователе для псм63, см. Итальянское диско, например, этого конденсаторчика нет.

[Сухоруков Сергей]

Скучновато здесь становится.

Мне с Вами тоже как-то скучновато становится.

В случае с 1541 выход именно шунтируется внутренними сопротивлениями источников разрядных токов.

Вы как-будто специально "заводите рака за камень". Речь идёт об одном - вы о другом.

Ужос! Советую Вам тоже нарисовать схемку.

Больше делать нечего, как убеждать Вас. Пребывайте в своём счастливом неведение.

---------- Добавлено в 11:20 ---------- Предыдущее сообщение в 11:18 ----------

Насчет входного-меня еще интересует вопрос,как в реале токовый выход ЦАПы переживает вывешивание на него кондера с точки зрения разрешения и всего остального

Думаю, небольшой конденсатор (порядка 100 пФ) будет только на пользу.

[AS79]

Тут надо думать о совсем других моментах в преобразователе I-U, но местные любители с непоколебимым упорством лепят ОУ с резисторчиком в ООС.

Offтопик:
А насколько критично, к примеру, смещение в I-V? В плане влияния на звук.

[Сухоруков Сергей]

Чем меньше деталей - тем больше доход. Наверное поэтому

Я тоже высказывал такую догадку на Аудиопортале.

Если серьёзно, то должно быть все эти экзерсисы полная фигня. Не такие бараны работали на Филипсе, что бы такие элементарные вещи не замечать. Я имею ввиду внешние синхрофазотроны.

Тема спорная и неоднозначная. Думаю, критерием может, как всегда, служить только практика. Все теоретизирования мало чего стоят против факта, установленного опытным путём. Нужно сделать оба варианта и сравнить.

[Sanny]

Sanny,для того, что бы попытаться ответить на ваш вопрос корректно, необходимо как минимум знать, какой именно цап и какой тип преобразователя за ним используется. Место для этого конденсаторчика очень желательно предусматривать всегда, но вопрос о важности его наличия в схеме может дать только слуховая экспертиза. В резистивном преобразователе для псм63, см. Итальянское диско, например, этого конденсаторчика нет.

А почему нет для РСМ63? На слух с ним было хуже?

---------- Добавлено в 10:43 ---------- Предыдущее сообщение в 10:41 ----------

Я тоже высказывал такую догадку на Аудиопортале.



Тема спорная и неоднозначная. Думаю, критерием может, как всегда, служить только практика. Все теоретизирования мало чего стоят против факта, установленного опытным путём. Нужно сделать оба варианта и сравнить.

Ну так я и предлагал- подавать внешнюю частоту или синхронно или от независимого генератора- и сравнить

[Сухоруков Сергей]

Ну так я и предлагал- подавать внешнюю частоту или синхронно или от независимого генератора- и сравнить

Вот теперь Вы выразились ясно. Что ж, здравая мысль.

[Игорь Гапонов]

Больше делать нечего, как убеждать Вас. Пребывайте в своём счастливом неведение.

А мне вот, совсем не всё равно, т.к. Вы тут заявили:

Это очень трогательно, учитывая что я по образованию физик.
(Что такое нойз-шейпинг мне известно, и физику я знаю, возможно, лучше Вас.)

Поэтому испешели 4U первые две ссылки в гоголе:

http://jstonline.narod.ru/rsw/rsw_h0.../rsw_h0c0d.htm

рис. 9-10

http://www.club155.ru/amplifiers-circuits-ce

рис.5.2 и формула 5.2

и т.д.

См. также, если эти ссылки для Вас не убедительны, у Войшвиллы, Цикина и т.д.

Offтопик:
Учиться никогда не поздно, г-н топикстартёр.