Около ЦАПовый технофлуд.

[lakkarius]

Что-то мне подсказывает, что это не так.

ФНЧ должен быть в любом случае, для фильтрации ВЧ составляющей частотной модуляции. Правда, для частотно-импульсной фильтр более высокочастотный использовать можно.

[thx_f0r_f1sh]

lakkarius, вот-вот, и я о том же. Что при PWM, что при PDM избавиться от ФНЧ на выходе нельзя.
Тогда не очень понимаю, о каком дифференцировании говорит Павел.

[_Павел_]

То есть при переходе от PDM к PWM мы выходной аналоговый ФНЧ можем заменить на ФВЧ? Что-то мне подсказывает, что это не так.

Ну конечно не так. И уж конечно не замена на ФВЧ.

Это же не прямые ответы, а намеки, зацепки.


Итак, PWM и PDM.
Плюшка PWM чрезвычайно проста, я даже немного удивлен вашим сообщениям, коллеги.
Это банально частота переключения, которую можно сделать пониже, существенно пониже.

PDM - это, скорее, формат записи, все импульсы одинаковые и очень маленькие, единичка - даем импульс, нолик - пропускаем. Удобно представить их в виде бинарной последовательности. Отсюда и частота типа 6 МГц, 12 МГц и более. Импульсы короткие, но частые.
Это формат для внутренностей микросхем, а не мощных выходных каскадов.

PWM - это длительность импульса, хранить ее в цифровом виде чуть сложнее, это же надо типа Double/Float (умоляю не писать про Double Float).
Но частоту следования импульсов можно сделать существенно ниже.

И тот и другой форматы описывают фактически плотность потока мощности, чаще или длиннее импульсы - отдаем большую мощность, реже или короче импульсы - отдаем меньшую мощность.

Теперь к практике.

PWM управляет мощным выходным полевым транзистором. Что именно, чем и как управляет, спросите вы?
Ну так полевик - это ключик, есть импульс на затворе - транзистор переходит в "открытое" состояние, имеет при этом очень низкое сопротивление (типа единиц или десятков миллиом, например IRF1404) и электроны прямо с источника питания текут в нагрузку.
Нет импульса - транзистор закрыт, его сопротивление типа десятков килоом и более, ток не течет, мощность не отдается, наш динамик дрыгается на своей резонансной частоте без внешнего понукания.

Теперь, внимание вопрос: что и как переключает транзистор?
Ну так у него должен быть драйвер, скажете вы и окажетесь совершенно правы!
Теперь другой вопрос, низовой. Как этот драйвер переключает наш мощный транзистор?
Он банально создает на затворе напряжение и убирает его скажете вы... И опять - в точку!

Но вот что такое напряжение на затворе? Что означают простые слова "создать напряжение" и "убрать напряжение"?

Так и тут опять все просто!
Затвор полевого транзистора (с изолированным затвором, т.е. типа MOSFET) это всего навсего конденсатор! Создать напряжение - означает зарядить конденсатор, убрать напряжение - разрядить конденсатор.

Убиваем PDM.
Типовая емкость затвора мощного полевика - ну пусть 1000 пФ для ровного счета, хотя у мощных бывает и до 8000 пФ.
Напряжение открытия, типовое 5 Вольт, закрытия - 3 Вольта.

Итого - с частотой импульсов нам надо дрыгать этот конденсатор допустим на 2 вольта.

Вольт*Фарад=Кулон=Ампер*секунда, так?

Для частоты следования импульсов 1 МГц (более чем достаточно для PWM, обычно меньше) по памяти получается что-то типа сотен миллиампер, калькулятор на айфоне не может 1х10(-9), а вот для PDM - уже амперы, дюже много, это уже драйвер на драйвере едет и драйвером погоняет. И эти амперы совершенно впустую, КПД фиговастенький получается.

Причем каждый драйвер должен быть двухтактным или с большим током покоя, ведь ему надо не только от чего-то заряжать эту емкость, но и куда-то разряжать. И желательно фронты покруче, поцифровее, попрямоугольнее, прямо как любимый меандр уважаемого Романа!

То же самое относится и к динамику, его надо не только разгонять - отдавая электрическую мощность для превращения в кинетическую энергию, но и останавливать - опять отдавая электрическую мощность для уменьшения кинетической энергии.
Чем выше частота - тем больше надо мощности.
Чем больше масса подвижной стстемы - тем больше надо мощности.
Чем больше смещение подвижной системы - тем больше надо мощности.
Да, собственно, 97-98 % мощности усилителя и тратится на разгон/торможение динамика, излучается в воздух чрезвычайно мало.

Вот как-то так, искренне Ваш!

[Symmcat]

Только дельта-сигма, со скважностью строго 0>>100% за счет равной мощности глитча совершенно не требует сверхвысокой линейности ключей и прямоугольности импульсов - главное приличный ФНЧ на выходе и (самое сложное) грамотная малоизлучающая разводка, остальное доделывает обратная связь.
А с емкостью затвора бороться просто - вместо мощного (=большого по площади) полевика берется штук восемь маленьких, каждый со своим быстрым биполярным драйвером. Заодно охлаждение лучше и по ОБР запас

Вот только в мощностях до пары сотен Ватт/канал линейность классического усилителя будет заведомо выше, пусть и ценой энергопотребления, а при больших - сложность девайса неуклонно стремится к высококлассной РЛС. Сконструировать действительно высоколинейный импульсник на киловатт, проходящий EMI сертификацию смогут несколько человек в мире от силы, кроме шуток. А главное, смысла в этом никакого - в таких мощностях все-равно мультиампинг применяется, а за те сотни тысяч безусловных единиц разработки можно купить весьма много электроэнергии...

[_Павел_]

Сконструировать действительно высоколинейный импульсник на киловатт, проходящий EMI сертификацию смогут несколько человек в мире от силы, кроме шуток. А главное, смысла в этом никакого - в таких мощностях все-равно мультиампинг применяется

Я бы еще заметил - столько дури при частотах выше 300 Гц и вкачивать-то особо некуда...

Да, сабовые мощники на несколько киловатт видел/слышал собственно они сейчас все Д-класса.
Динамик дюймов на 18 и корпус типа такого:
ImageUploadedByTapatalk1447096339.383685.jpg

Тут и вспоминается:


Давным давно я не давил кишки наружу,
Давным давно кишки наружу не давил,
И вот совсем недавно обнаружил,
Что я давно кишки наружу не давил.

А ведь бывало, я как выдавлю наружу -
Никто из наших так наружу не давил!
И я тогда один за всех давил наружу,
Изо всех нас наружу я тогда один давил!

Бывает щас я иногда давлю наружу...
Но это щас - совсем не как тогда!
Уже совсем не так мне давится наружу,
Давить как раньше я не буду никогда!

[_Павел_]

А с емкостью затвора бороться просто - вместо мощного (=большого по площади) полевика берется штук восемь маленьких, каждый со своим быстрым биполярным драйвером. Заодно охлаждение лучше и по ОБР запас

А все, нету у меня емкости затвора, победили.
УН с сотнякилоомным выходным сопротивлением работает непосредственно на затворы выходных полевиков.

ImageUploadedByTapatalk1447096812.363547.jpg

[Symmcat]

А все, нету у меня емкости затвора, победили.
УН с сотнякилоомным выходным сопротивлением работает непосредственно на затворы выходных полевиков.

Жестко, а в какой полосе?

[в сторону] ...мне кажется, или в силовой части у девайса полигонов нет - текстолит просвечивает?

[sonyBMG]

Господа, заклинаю вас! Объясните мне, неучу, что есть Pulse Array Dac? Вот что пишет про сие чудо-юдо главный инженер Chord Роб Вотс (второй абзац) http://www.head-fi.org/t/749582/chor...#post_11527672
Если кто-то по-русски нормально бы объяснил бы еще и первый абзац про OP Stage ... Или дедушка умный донельзя, или разводит лохов неграмотных. Думаю, что как минимум всем обладателям девайсов Chord сия тема будет крайне интересна. Спасибо!!!

[lakkarius]

_Павел_, красивая штуковина получается.
Что-то новое с Энергетиком в кооперации?

---------- Добавлено в 02:22 ---------- Предыдущее сообщение было размещено в 01:09 ----------

sonyBMG, в первой части Роб пишет просто-напросто, что ему никогда не нравилось, что операционный усилитель напрямую на наушники нагружают - поэтому, он решил спроектировать выходной каскад на транзисторах, способный работать на сопротивление 8 Ом. По сути, умощнение выхода операционника. И до того ему понравился звук прототипа, что теперь везде такой вариант использует.

По второму, изложение по тексту с моими правками-упрощениями:

Сначала Роб рассуждает о прошлом - он начал проектировать ЦАП в 1989 году, когда появились первые однобитные дельта-сигмы от Phillips (по сути, они работали напрямую с DSD-потоком, выходное напряжение прирастает за счёт большого количества маленьких коротких импульсов на высокой частоте).
Те приборы имели ряд проблем, но, при этом, звучали довольно музыкально, в т.ч. на тихих сигналах, в отличие от R2R ЦАП, которые имеют больше искажений для малых сигналов из-за особенностей переходных характеристик.
Самая большая проблема однобитных ЦАП была в ограниченности разрешения - в отличие от PCM, где низкоуровневые сигналы можно было хорошо восстановить дитерингом (наложением специального псевдослучайного шума), у дельта-сигм уровень шума является непреодолимым ограничением(?). Чтобы преодолеть это, Роб применил 8 параллельно включённых нойз-шейперов ("формовщиков шума", они сдвигают шум в область, где его не слышно - ультразвук) с различными характеристиками, на выходе сигнал складывался и усреднялся. Это дало выигрыш по качеству.
Но Роб понимал, что возможно сделать ещё лучше. Для этого было решено использовать FPGA, ППВМ, микросхемы, позволяющие реализовать различные алгоритмы с высокой производительностью и хорошей точностью. На них были реализованы и алгоритмы цифрового и цифроаналогового преобразования сигнала, и процессы фильтрации

Далее, некоторое рассуждение об использованных решениях. Коротко - нойз-шейперы сделали не 1-битными, а 5тибитными, а частоту их работы повысили до 2048х от частоты сигнала, в отличие от 256х в стандартных дельта-сигмах (не во всех, конечно, есть и более скоростные варианты, насколько мне помнится). Данные решения позволили достичь отличных характеристик, низкого уровня шумов и т.д.

Но переход от однобитной системы к многобитной имеет свои недостатки. Основное преимущество однобитной в том, что при правильной реализации возможно свести искажения сигнала к минимуму.
Поэтому, был применён массив из 16 широтно-импульсных модуляторов (вроде, так?), на которых долговременно сигнал одинаков, но в конкретный момент времени слегка отличается.
Данное решение позволило усреднить влияние шума на сигнал, что положительно сказалось на характеристиках.

По этой причине, Хуго не имеет измеримых искажений для сигналов ниже -30 DBFs. Кроме того, система малочувствительна к джиттеру мастерклока - его случайный джиттер дает незначительный фиксированный шум.
По этой причине Роб не афиширует внимание на всяких генераторах с фемтосекундными искажениями.
Блабла, есть еще много проблем с нойз-шейпингом, быть или не быть, вот в чём вопрос.

Если что-то упустил, неправильно перевёл или понял - исправляйте

[Symmcat]

sonyBMG, по первому абзацу - описано обычное умощнение ОУ каскадом (скорее всего повторителем) на дискретных транзисторах внутри общей петли ООС. Ничего революционного, но Роб пишет про полампера ны выходе Хуго - и при этом про класс А. Владельцы Хуги, девайс действительно в покое рассеивает несколько Ватт теплом? Если нет - возможно речь про предвыходники, хотя греться все-равно должен изрядно.

Дальше. Pulse Array Dac - та-же мультибитная дельтасигма с токовым выходом, что и все другие, но реализованная на ПЛИС, а не на ASIC. Пятого порядка, как "Сабля" (остальные от второго до четвертого). Отличие в повышенной частоте, что эквивалентно увеличению площади петлевого усиления - но и усиливает влияние трасссировки и глитча ключей. Ключи, насколько я понял, банально запараллелены для снижения шума (как и в PCM1792 или ES9018 например), без особенностей, как в dcs. Еще Роб пишет, что система нечувствительна к джиттеру, что, судя по увеличившейся частоте и порядку модулятора, явно неправда - 16 ключей маловато для эффективного КИХ - разве-что на кристалле реализована узкополосная PLL, порядка тоже около пяти (как в саблях, опять же).

Дальше просто отвлеченные слова, как однозначно верные, так и спорные.

Но это все мысли на основе поста на форуме - что на самом деле внутри Хуги, я не знаю.

[_Павел_]

Жестко, а в какой полосе?

[в сторону] ...мне кажется, или в силовой части у девайса полигонов нет - текстолит просвечивает?

Ну, если вся проблема в затворной емкости, то есть прекрасный способ ее, так сказать, отстранить от дел... Вот, например, что будет, если напряжение сток-исток в пределах линейного режима не изменяется? Нет изменения напряжения - нет изменения заряда - нет перезарядки емкости - нет нагрузки на УН, правильно?

Вот, например, древнючий ApplicationNote от TI:
ImageUploadedByTapatalk1447144479.902284.jpg


Полоса уся получается около 1-1,5 МГц, дальше сложно с ООС, и так конденсатор 1-1,2-1,5 пФ.
Входное сопротивление 5 кОм, в ОООС - 100 кОм, усь FDA - поэтому хоть симметричный вход, хоть несимметричный.
OpenLoop чуть меньше 60 дБ, чувствительность по входу чуть-чуть больше 2 Вольт, размах на выходе чуть-чуть больше +-40Вольт.
Ток нагрузки ограничен только ОБР выходников и возможностями БП (ну и 50-ваттные резики по 0,15 Ом в истоках), радиатор 0,4 град/ватт.
Заход в ограничение и выход из него мягкие, не нашел криминала.

Лиссажу на 100 кГц типа такого, пока не оптимизировали:
ImageUploadedByTapatalk1447144495.154392.jpg

КНИ, всякие шумы и прямоугольнички чуть позже.

Ну с полигончиками всякие церемонии мы проводили, там 105 мкм и полоса без маски про запас, лично у меня на них будет висеть что-то типа 0,2-0,3 Фарады почти 30 разными банками с напряжением под 90 Вольт. Кое-как удержался от идеи вкорячить на платы пленку по 100 мкФ, текстолита пожалел. С такими банками на рельсах особо и не поизлучаешь...
ImageUploadedByTapatalk1447144509.555936.jpg
Кстати, скорее всего 90 вольт в корпус будут приходить уже стабилизированные.

_Павел_, красивая штуковина получается.
Что-то новое с Энергетиком в кооперации?

Спасибо, Кирилл!
Конечно с Алексеем, собственно это он платы делал.

Я же не охочусь... (с) "Маугли"

Ну и новизны тут особенной нет, это Бета24 от Ти Кана переразведенная на СМД с разделением УНа и ВК для упихивания в небольшой 2U корпус. За счет резкого уменьшения размеров 4-слойной платы стоимость получилась более чем вдвое ниже авторских.
Путем изменения трассировки удалось полностью убрать сигнальную землю с платы ВК, радикально уменьшить длину проводников ОС и их емкость, да и вообще компактифицировать активную часть, ну и очень существенно снизить размеры паразитных контуров мощного питания и мощного выхода.

Собственно стоимость усилителя теперь определяется входными JFETами, трансами питания с банками и достойным корпусом. Остальное - на сдачу. Не, ну конечно можно поставить резисторы 0,02%, тогда они на первой строчке по цене будут.

[_Павел_]

Далее, некоторое рассуждение об использованных решениях. Коротко - нойз-шейперы сделали не 1-битными, а 5тибитными, а частоту их работы повысили до 2048х от частоты сигнала, в отличие от 256х в стандартных дельта-сигмах (не во всех, конечно, есть и более скоростные варианты, насколько мне помнится). Данные решения позволили достичь отличных характеристик, низкого уровня шумов и т.д.

Ну я вот могу поделиться такой картинкой:
ImageUploadedByTapatalk1447145073.805765.jpg

На ней показана симуляция выхода фильтра для 16 битного сигнала.
Несложными манипуляциями удается большую часть шумов квантования переместить в высокочастотную область.
Так как всю ВЧ-грязь мы после ЦАПа и так отрезаем аналоговым фильтром, то внедрение подобного цифрового фильтра перед ЦАПом дает нам практически бесплатно аж до 20 дБ.

[Rom2307]

В обычной музыке, под которую и разрабатываются цифровые фильтры, меандра не встречается.

ну косвенно встречаются. Резкие щипки и удары - считай часть меандра и есть

[_Павел_]

ну косвенно встречаются. Резкие щипки и удары - считай часть меандра и есть

О, Роман, приветствую!

Не, это уже не круто.

Хочешь я совершенно бесплатно подарю тебе правильный цифровой сигнал, который НИ ОДИН из виденных мною ЦАПов не смог корректно воспроизвести?

А сама вызывающая это проблема сейчас уже достаточно часто встречается в записях даже признанных студий...

[Rom2307]

Не, это уже не круто.

в каком смысле?

Хочешь я совершенно бесплатно подарю тебе правильный цифровой сигнал, который НИ ОДИН из виденных мною ЦАПов не смог корректно воспроизвести?

Паш, я конечно в схемотехнике ни бум бум ибо после учебы забыл уже больше чем знал совокупно и до неё и после. Но главные вещи я помню очень хорошо.
Первая - любая вещь должна быть для чего-то и от этого надо исходить. В том числе и "правильный сигнал"
Вторая - любая техника это набор компромисов для решения гипотетически идеальных задач. Пьяному ёжику, обожравшемуся грибов в тумане от клея "момент" понятно: что для любой сложности и крутизны техники можно найти режим работы где она работать не будет. Аудиотехника и цифровая техника с их изначальными ограничениями и приближениями - не исключение. Скорее даже показательное правило (см свои рассуждения на счет теоремы Котельникова выше)
Это я к чему... а нах...я мне такой сигнал ? Ну пусть будет - дари.

теперь о переходной.
Может она ни о чем. Но ровно так же как и во многом АЧХ или ТХД или КНИ ... за определенными пределами они все "ни о чем". Тогда говорить как бы и не о чем да?
Но факт есть факт и это я понял экспериментальным путем. Разницу между КНИ или чем-то типа того большая часть людей вообще не замечает. Да и на характер звука они влияют только если разница пипец какая. Но вот разницу между переходными, даже похожими но все-таки разными в звуке только безухий под водой с берушами в ушах не услышит

Я оставлю в стороне вопрос нравится или нет, но разница слышна вообще всем.
Даже тем кто вообще никогда звуком не занимался и приходит слушать разные аппараты. Десяток плееров лежит разной цены с одинаковыми переходными но разными иными параметрами - для подавляющего большинства (если им не говорить о цене) разница еле-еле. Но стоит дать один аппарат с "другой переходной" - он моментально всеми оценивается отдельно от всего остального. Например тот же 601 - его вообще никогда не смешивали ни с чем другим. Хотя дельт с похожими параметрами (кроме ачх) вполне хватало. Но их никогда не ровняли.

А сама вызывающая это проблема сейчас уже достаточно часто встречается в записях даже признанных студий...

ну вот видишь если у нас изначально все караул - что нам остается кроме как подгонять то что есть под то, что мы считаем правильным?

---------- Добавлено в 16:40 ---------- Предыдущее сообщение было размещено в 16:39 ----------

О, Роман, приветствую!

а да - здрасте прости мне моё цинично-мизантропское невежество

[sonyBMG]

Pulse Array Dac - та-же мультибитная дельтасигма с токовым выходом, что и все другие, но реализованная на ПЛИС, а не на ASIC

То есть ЦАП есть фактически программный код, зашитый в ПЛИС Xilinx Artix-7 FPGA?
Я ранее полагал, что цап стоит ДО ПЛИС, и собран на разновесе, а всю обработку производит уже сама ПЛИС (шитоа???)
А чисто гипотетически, можно ли защить в эту ПЛИС код R-2R ЦАПа? )))

[cleg]

мне интересно другое, неужели нет других реализаций ЦАП на ПЛИС? явно же должны быть для промышленных применений как минимум

[sonyBMG]

То есть вся фишка Роба Вотса есть не что иное как нестандартный подход к нойз-шеппингу. Хм.

---------- Добавлено в 16:08 ---------- Предыдущее сообщение было размещено в 16:08 ----------

мне интересно другое, неужели нет других реализаций ЦАП на ПЛИС? явно же должны быть для промышленных применений как минимум

+1

[_Павел_]

в каком смысле?

Да в прямом, все описанные тобой звуковые эффекты - чрезвычайно медленные по сравнению с частотой дискретизации.
Очень сложно сделать щипок за 50 микросекунд...
Это типа в 500 раз быстрее моей личной реакции, но поверь, я уже лет 8 как ищу следующего хозяина для переходящего кубка по практической стрельбе и не нахожу.

А то, о чем ты говоришь, это не меандр, а пресловутая скорость нарастания и интервал автокорреляции.

Аудиотехника и цифровая техника с их изначальными ограничениями и приближениями - не исключение. Скорее даже показательное правило (см свои рассуждения на счет теоремы Котельникова выше)
Это я к чему... а нах...я мне такой сигнал ? Ну пусть будет - дари.

Получите:
ImageUploadedByTapatalk1447159889.210369.jpg

https://www.dropbox.com/s/0woyq4ec03...1min.flac?dl=0

Может он ни о чем. Но ровно так же как и во многом АЧХ или ТХД или КНИ ... за определенными пределами они все "ни о чем". Тогда говорить как бы и не о чем.

Песня ни о чем.
http://m.youtube.com/watch?v=sLveGebW1Ng


Ну лишь бы владельцу нравилось и не доводило до старого анекдота:
"...
Папа, то есть ты будешь меньше пить?
Нет, сынок - это ты будешь меньше есть.
..."

[Rom2307]

Да в прямом, все описанные тобой звуковые эффекты - чрезвычайно медленные по сравнению с частотой дискретизации.

я это знаю.
Но смотрим еще в одну сторону тогда. Наушники - существенно более убогие чем электроника. Да и вообще акустика. Но - ты хочешь сказать что ты не слышишь разницу между источниками в принципе? А ведь разница в качестве может достигать наверное десятков раз верно??? Особенно по краям слышного диапазона. точно так же ты сколь угодно можешь меня убеждать разницы быть не должно, но ведь её слышат даже те на кого плацебо не действует, так как они первый раз в жизни пришли слушать что-то и ничего не читали и теории не знают.

---------- Добавлено в 17:30 ---------- Предыдущее сообщение было размещено в 17:29 ----------

Очень сложно сделать щипок за 50 микросекунд...
Это типа в 500 раз быстрее моей личной реакции,

хотел бы я посмотреть как ты быстее натянутой струны двигаться будешь....

---------- Добавлено в 17:42 ---------- Предыдущее сообщение было размещено в 17:30 ----------

Очень сложно сделать щипок за 50 микросекунд...

кстати щипок - запросто. Натягиваешь струну потуже, оттягиваешь подальше. И вуаля. Можно в принципе рассчитать скорость движения струны в таком положении. Но даже если взять частоту 10кГц - это уже 10 тыс раз в секунду. То есть один раз за сколько секунд? И это как бы "штатный режим" без гармоник и прочего. Уверен, что первый щипок когда струна уходит (может уходить) существенно дальше тех положений которые являются нормальным для устоявшегося режима- там все куда критичнее. Тоже самое - можно попробовать рассчитать скорость движения барабанной палочки на её конце в момент удара о мембрану. По сути это и будет "переходным процессом".
И это как бы если учитывать предельные значения. Но имхо - когда речь идет о таких (весьма и весьма несовершенных) вещах как аудио-аппаратура, то нам надо иметь не малый запас чтоб все необходимые процессы попали не "на края" а в некую "зону комфорта". Косвенно мы это видим на примере оверсэмплингов. Какую частоты надо иметь чтоб увести шумы и прочее за пределы зон слуха? Какие запасы иметь? Про упомянутый тобой ДСД как бы тоже можно отдельно упомянуть.

Я конечно утрирую и упрощаю мысль. Но думаю, меня понять не сложно.

---------- Добавлено в 17:54 ---------- Предыдущее сообщение было размещено в 17:42 ----------

https://www.dropbox.com/s/0woyq4ec03...1min.flac?dl

пасибо пусть лежит - авось пригодится!