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.

[dortonyan]

Согласен. Увеличение разрядности тоже не смягчает звук.

А я шейпер вообще не слышу.
На ходу переключаю из режима 24 бит без шейпера в 8 бит с шейпером 3-го порядка - никакой разницы, вообще.
На спектре кстати тоже почти никакой разницы, кроме появления внеполосного шума шейпера.

Из фильтров пока предпочитаю 11 и 10. Это slow и short?

Да они.
Кстати, в новых ЦАПах АК и ESS примерно такие же фильтры. Может потому и сделали такие, что больше нравятся? Заодно сэкономили на ресурсах.

Normal 00 я бы заменил на фильтр sharp из DF1.

Можете в матлабе подобрать под графики АЧХ из описания DF1.
Только в новом фильтре я еще подбирал "Density Factor" для получения нуля (или близко к нулю) АЧХ квантованных коэффициентов на частоте Найквиста. Но это так, на всякий случай, не обязательно.

[Turbo_man]

На ходу переключаю из режима 24 бит без шейпера в 8 бит с шейпером 3-го порядка

Я ещё так не пробовал. На тда-шках удастся сделать? И ещё сигналы управления порядком шейпера не выведены наружу. У меня исходный DF2_FIR_CORE только используется. Там эти сигналы не выведены. Я думал для переключения требуется разная компиляция.

[dortonyan]

Я ещё так не пробовал. На тда-шках удастся сделать?

Да на чем угодно.

И ещё сигналы управления порядком шейпера не выведены наружу. У меня исходный DF2_FIR_CORE только используется. Там эти сигналы не выведены. Я думал для переключения требуется разная компиляция.

Порядок задается только условной компиляцией, но выключать можно в риалтайме, отдельный вход есть.
Можно на постоянную включить дизер, и шейпер задать 3-го порядка. А затем входом iSHPEN - включать/выключать шейпинг "на ходу".

---------- Сообщение добавлено 21:06 ---------- Предыдущее сообщение было 20:36 ----------

P.S.
Только недавно узнал.
Оказывается шейпер с маларазрядными ЦАП применялся еще в начале 80-ых. В частности для TDA1540 в плеере Philips CD104, поэтому никаких 14 бит там разумеется не было. Разрядность была ограничена только шиной данных цифрового процессора:


P.P.S.
Кстати, в проекте DF2 можно для TDA1541 задать разрядность 14 бит. Получится что-то очень похожее на 1540.

[Михаил45]

Алексей, ставлю 2 для шейпера и 10 бит на выходе и можно подавать на тда1541?

[Turbo_man]

Надо тоже попробовать поиграться с тдашками в малобитных конфигурациях. Грех не попробовать.

[dortonyan]

Алексей, ставлю 2 для шейпера и 10 бит на выходе и можно подавать на тда1541?

Можно и меньше, я 8 задал у себя. Только уточните, где именно 10 бит задаете?
Нужно параметром "LENMIN" и на входе "iODW" в модуле DF2_FIR_CORE.
В модуле SAI_OUTPUT разрядность всегда должна соответствовать ЦАПу.
Ну и для 10 бит 2-го порядка шейпера наверное будет маловато. Хотя возможно что на слух шум еще не будет слышен.

Надо тоже попробовать поиграться с тдашками в малобитных конфигурациях.

Можно задать 6 бит, т.е. чтобы работали только DEM ячейки.

Ну и не забываем, что при снижении разрядности растет внеполосный шум.
ЦАП превращается..., превращается ЦАП..., в элегантную дельта-сигму. ))

[Turbo_man]

Если не путаю, то Sony в своих шим-цапах использовала дифференциальный дизер, чтобы в аналоге он компенсировался при суммировании ветвей.

[Михаил45]

Я по i2s подключаю, мне главное разрядность ядра, так?
В режиме 10 бит и 3 шейпинг - шипит и трещит. 2 - играет нормально.

[dortonyan]

Я по i2s подключаю, мне главное разрядность ядра, так?

Все верно.

В режиме 10 бит и 3 шейпинг - шипит и трещит. 2 - играет нормально.

А параметр LENMIN в ядре сколько задан?

---------- Сообщение добавлено 22:32 ---------- Предыдущее сообщение было 22:28 ----------

Если не путаю, то Sony в своих шим-цапах использовала дифференциальный дизер, чтобы в аналоге он компенсировался при суммировании ветвей.

Видел. Там дизер вне цепи ООС шейпера, поэтому его приходится вычитать.
Но зачем так сделано я не понял. Если дизер поместить внутрь петли ООС, то шум давится всем петлевым усилением шейпера, как обычно и делают.

[Михаил45]

LENMIN = 16. Интересно, если отключить шейпер при 16 бит - начинается легкое попердывание. Ставлю 1 - все норм.
Наверное, надо сделать ограничение -1 Дб.

Пытаюсь отпределить оптимальный режим на слух для двух тдашек. Проинвертировал оLRC, буду суммировать выход.

[dortonyan]

LENMIN = 16.

Надо 10. Этот параметр нужно задавать как минимальную используюмую разрядность. В соответствии с ним в проекте выполняется дополнительная аттенюация.
Иначе получается клипп шейпера и треск.

[Михаил45]

Понял, спасибо. Но при 16 бит i2s выход трещит.

Моя ошибка, не тем файлом пошивал. Все нормально при выключенном шейпинге тоже.

---------- Сообщение добавлено 23.11.2023 в 12:14 ---------- Предыдущее сообщение было 22.11.2023 в 22:49 ----------

Алексей, скажи пожалуйста, если стоит в дф2 ресемплинг х4 , то в случае проигрывания файла 88\24(96\24) он автоматом становится 2? Или байпасируется все, что выше 44.1?

[dortonyan]

Алексей, скажи пожалуйста, если стоит в дф2 ресемплинг х4 , то в случае проигрывания файла 88\24(96\24) он автоматом становится 2?

Все верно.
Байпасс работает только если входная ЧД равна выходной.
Ну и в примере для циклона добавлена возможность принудительного байпасса (вручную), когда на выход выводится входной поток, независимо от заданной ЧД.

---------- Сообщение добавлено 13:05 ---------- Предыдущее сообщение было 12:32 ----------

Что-то я так впечатлился статьей про старые сидюки, что не пойму, почему так?
Все же с самого начала делали правильно: малоразрядный ЦАП с DEM + шейпер (практически то же самое, что в современных ЦАП, только сейчас разрядность меньше и DWA вместо DEM).
А потом пошел какой-то даунгрейд: шейперы из ЦФ и ДЕМ из ЦАПов убрали. Пока не наступила эра ДС ЦАП, где снова вернули хорошо забытое старое под лозунгом 24-х бит. )

[Михаил45]

Алексей, твой ДФ просто находка для старых цап. Можно любой цеплять и адаптировать. Спасибо еще раз.
А по поводу древних решений - не могу понять почему старые цап играют лучше новых, все время возвращаюсь от АК4490 к рсм1702, теперь тда1541.

[Turbo_man]

Согласен. Точно находка. Можно теперь тда1540 употреблять с пользой для себя.
В общем я провёл опыты с малым числом разрядов 6, 8, 10, 12 и 14. С нойзшейпингом 2 и 3. ЧуднО конечно это всё. В принципе 12 и 14 можно слушать без подозрений в обмане. Остальное звучит суховато и грязновато, но приемлемо. В первую очередь сибилянты страдают от малоразрядности. Примерно так. Фотки с осциллографа чуть позже выложу.
Все опыты проводились на конвейере с 4мя тда1541, каждая на 16фс.

---------- Сообщение добавлено 18:57 ---------- Предыдущее сообщение было 18:49 ----------

Иногда компилятор делал какие-то чудеса, и на тда1541 шло 32фс с 8ю битами в семпле, т.е. битклок те же 11,289МГц. И они работали, в смысле звук проходил практически нормально. Я в шоке.

---------- Сообщение добавлено 19:01 ---------- Предыдущее сообщение было 18:57 ----------

Сейчас слушаю 14 бит с нойзшейпингом 2 и выключать не хочется.

[dortonyan]

В общем я провёл опыты с малым числом разрядов 6, 8, 10, 12 и 14. С нойзшейпингом 2 и 3. ЧуднО конечно это всё. В принципе 12 и 14 можно слушать без подозрений в обмане. Остальное звучит суховато и грязновато, но приемлемо. В первую очередь сибилянты страдают от малоразрядности.

Полагаю, что у нас разные результаты из-за разной реализации ЦАП. При увеличении внеполосного шума растут глитч-индуцированные искажения. Возможно у меня разницы не слышно именно благодаря деглитчеру. Как-нить попробую его отключить и еще раз сравнить.

Фотки с осциллографа чуть позже выложу.

Больше интересно посмотреть спектры: 1к, 10к, 19+20к в режиме 16 бит и для сравнения 6..8 бит.

[Turbo_man]

Жаль не получится попереключаться налету 16-1 и 14-2.

---------- Сообщение добавлено 19:11 ---------- Предыдущее сообщение было 19:06 ----------

Возможно и деглитчер бы улучшил звук, но на 8 выходов цап не знаю как реализовать это всё.

[dortonyan]

Жаль не получится попереключаться налету 16-1 и 14-2.

Можно сравнивать 16 с дизером и выключенным шейпером против 14 с шейпером 2-го порядка.

А вообще можно перенести параметр с порядком шейпера на входные сигналы и менять на ходу, просто расход логики увеличится.
Ну и быстродействие упадет, но на циклоне возможно прокатит.

[Turbo_man]

В общем надо искать 8 шт. тда1540. Они же моно.
Сижу балдею от 14 бит.
Ужос.

[dortonyan]

Возможно и деглитчер бы улучшил звук, но на 8 выходов цап не знаю как реализовать это всё.

УВХ можно приделывать после суммирования конвейеров. На х32 оверсемплинге работать будет, проверено. Или в вашем проекте оверсемплинг еще выше?

---------- Сообщение добавлено 19:19 ---------- Предыдущее сообщение было 19:15 ----------

Сижу балдею от 14 бит.
Ужос.

А что такого? В современных ДС ЦАПах 6..7 бит максимум.
Разрядность определяет только уровень внеполосного шума, и ничего более.

---------- Сообщение добавлено 19:21 ---------- Предыдущее сообщение было 19:19 ----------

В общем надо искать 8 шт. тда1540. Они же моно.

И с параллельным интерфейсом.