Yulong da8

Дельта-сигма АЦП

Дельта – сигма считается наиболее быстро действенным типом АЦП с наибольшим из существующих разрядом для одного устройство. Разрядность АЦП дельта-сигма может достигать 25 бит.

Принцип работы дельта-сигма АЦП основан на интеграторе. Он накапливает или, проще говоря, запоминает выходное напряжение. Как видно на схеме, входное напряжение после прохождение шифратора отправляется в суммирующий модуль. Там напряжения складываются. При приближении суммирующего значения к 0, модуль выдает единицу и наоборот.

Предположим, что в суммирующем блоке получилось значение близкое к нулю. Тогда следующее значение может снова бросить точку в ноль, а может наоборот отдалить ее от нуля. Имеется в виду точка на графике зависимости напряжения от времени. То есть в устройстве равновероятны возникновение как нуля, так и единицы. Все зависит только от величины входного напряжения.

Помимо всего прочего, системы АЦП дельта-сигма позволяют отсекать выбивающиеся из общей картины отклонения. Прибор накапливает статистику замеров, автоматически выдавая усредненное значение. Это делает выходной шифр АЦП более точным. Кстати, на схеме представлена одноконтурная АЦП, хотя в современности чаще встречаются двухконтурные модули, которые значительно точнее. Вот как работает АЦП.

Общая информация об устройстве

Принцип работы АЦП связан с постоянным изменением физических величин электрического тока. АЦП сравнивает базовое значение с отклонением и в ближайшем приближении переводит такое отклонение в двоичный код. Чаще всего работа АЦП связана с изменением напряжения. Это объясняется тем, что из прочих физических величин именно напряжение легко отследить с помощью вольтметра и изменить с помощью трансформатора.

Устройства характеризуются частотой изменения и разрядностью. Разрядность указывает на максимальный размер числа, которое в двоичный код может преобразовать аналоговое устройство. Частота изменений показывает сколько времени потребуется преобразователю для замера. Чем больше разрядность и скорость преобразования, тем дороже и сложнее прибор.

Излишнее усложнение прибора в свою очередь ведет к трудности эксплуатации и общему понижению надежности сети. Поэтому зачастую в целях повышения разрядности можно пожертвовать скоростью и наоборот.

Связь с дельта-модуляцией

Рисунок 2: Получение дельта-сигма из дельта-модуляции

Рисунок 3: Пример дельта-сигма модуляции 100 выборок одного периода синусоидальной волны. 1-битные выборки (например, выход компаратора), наложенные синусоидальной волной. Высокий логический уровень (например, V _CC ) образцов представлен синим, а низкий логический уровень (например, — V _CC ) представлен белым.

Дельта-сигма модуляция основана на дельта-модуляции , как показано на рисунке 2. Если бы квантование было однородным (например, если бы оно было линейным ), следующее было бы достаточным выводом эквивалентности:

1. Начните с блок-схемы дельта-модулятора / демодулятора.
2. Свойство линейности интегрирования, позволяет перемещать интегратор, который восстанавливает аналоговый сигнал в секции демодулятора, перед дельта-модулятором.∫а+∫бзнак равно∫(а+б){\ Displaystyle \ scriptstyle \ int a \, + \, \ int b \, = \, \ int (a \, + \, b)}
3. Опять же, свойство линейности интегрирования позволяет объединить два интегратора и получить блок-схему дельта-сигма-модулятора / демодулятора.

Поскольку квантователь является не однородным, дельта-сигма это вдохновило от дельта — модуляции, но два различны в эксплуатации.

Из первой блок-схемы на рисунке 2 интегратор в тракте обратной связи может быть удален, если обратная связь берется непосредственно со входа фильтра нижних частот. Следовательно, для дельта-модуляции входного сигнала u фильтр нижних частот видит сигнал

уDMзнак равно∫Квантовать⁡(ты-уDM).{\ displaystyle y _ {\ text {DM}} = \ int \ operatorname {Quantize} \ left (u-y _ {\ text {DM}} \ right). \,}

Однако сигма-дельта-модуляция одного и того же входного сигнала влияет на фильтр нижних частот.

уSDMзнак равноКвантовать⁡(∫(ты-уSDM)).{\ displaystyle y _ {\ text {SDM}} = \ operatorname {Quantize} \ left (\ int \ left (u-y _ {\ text {SDM}} \ right) \ right). \,}

Другими словами, дельта-сигма и дельта-модуляция меняют местами интегратор и квантователь. Чистый эффект — более простая реализация, которая имеет дополнительное преимущество, заключающееся в формировании шума квантования вдали от сигналов, представляющих интерес (т. Е. Представляющие интерес сигналы фильтруются по нижним частотам, а шум квантования фильтруется по верхним частотам). Этот эффект становится более драматичным с увеличением передискретизации , что позволяет в некоторой степени программировать шум квантования. С другой стороны, дельта-модуляция одинаково формирует и шум, и сигнал.

Кроме того, квантователь (например, компаратор ), используемый в дельта-модуляции, имеет небольшой выход, представляющий небольшой шаг вверх и вниз квантованного приближения входа, в то время как квантователь, используемый в дельта-сигме, должен принимать значения за пределами диапазона входного сигнала, как показано на рисунке 3.

В общем, дельта-сигма имеет некоторые преимущества по сравнению с дельта-модуляцией:

• Структура упрощена как
  • нужен только один интегратор,
  • демодулятор может быть простым линейным фильтром (например, RC- или LC-фильтром) для восстановления сигнала и
  • квантователь (например, компаратор) может иметь полноразмерные выходы
• Квантованное значение представляет собой интеграл разностного сигнала, что делает его менее чувствительным к скорости изменения сигнала.

АЦП последовательного приближения

Про АЦП последовательного приближения написано множество заумных статей. Но, если объяснять на пальцах, то АЦП последовательного приближения работает на основе принципа вилки. Так выглядит схема работы АЦП:

1. Напряжение сигнала сравнивается с половиной напряжения базового сигнала. Это напряжение может быть больше или меньше.
2. Если напряжение меньше, то его сравнивают с ¼ базового сигнала.
3. Если значение больше, то оно сравнивается с ¾.

На каждом этапе сравнения, точка подаваемого сигнала попадает выше или ниже заданной базы. Если попадание происходит ниже, то сигнал сравнивают с половиной нижнего отрезки. Если попадание происходит выше – с половиной верхнего.

Так, чем больше сравнений, тем большей точности число мы получаем. Считается, что число сравнений равняется битам конечного результата

Немного истории

Самые старые АЦП являются одновременно и самыми первыми в нашей классификации. Это устройство с прямым преобразованием сигнала. В

Наиболее мощный в истории АЦП прямого преобразования сигнала был разработан в 1975 году компанией Computer Labs. Это стоваттная машина, которая предоставляла преобразование системы в пределах 6 бит при скорости 30 MSPS

Кстати, MSPS это единица измерения скорости передачи сигнала в информатике. Расшифровка звучит как миллион сигналов в секунду.

Позднее было признано нецелесообразным изготовление мощных преобразователей прямого сигнала. За мощностью гонятся в основном производители дельта-сигма преобразователей. Принцип работы первых АЦП позволяет создавать достаточно надежные машины с возможностью совмещения нескольких элементов АЦП для усиления мощности без понижения надежности системы.

Поэтому можно считать, что каждое устройство из перечисленных здесь используется в том или ином виде в современном мире. Однако, есть и такие подвиды АЦП, которые к настоящему моменту из употребления вышли. Наиболее ярким примером являются интегральные АЦП.

АЦП – это достаточно сложные устройства, которые можно считать началом эпохи персональных компьютеров. При этом шифрование электросигнала не устаревшая технология, а вполне себе современный аппарат, который используется повсеместно, например, в телевидении.

Схема

Также отлично все выполнено и внутри устройства. Yulong любезно предоставляет принципиальную схему DA8 для ознакомления.

Для USB интерфейса используется сторонний модуль Combo 384 от компании Amanero Technologies. Относительно недавно появившись, этот модуль уже завоевал популярность среди DIY-сообщества. При розничной цене менее 100 долларов, он поддерживает PCM сигналы до 384 кГц/32 бит, а также понимает DSD вплоть до DSD512. Инженеры Yulong использовали собственное питание DA8 (хотя Combo 384 умеет питаться от USB), поэтому исключается возможность наводок по питанию от компьютера, а кроме того DA8 будет работать с модифицированными USB-кабелями, в которых нет проводов для питания (до чего только не доходят аудиофилы). Также для Combo 384 была разработана модифицированная прошивка.

Схема питания, улучшенная по сравнению с D18, включает тороидальный трансформатор Plitron, дополненный регуляторами LT1129 и LT3021 с конденсаторами Wima MKS2 — дает стабильное питание, обеспечивающее низкий шум простоя.

Цифровая часть построена на ES9018, включенном по схеме Quad-mono. Он дополняется проприетарным буфером цифрового сигнала от Yulong, который призван исправлять известную придирчивость ES9018 к источнику.

Принцип работы.

Пусть опорное напряжение равно 3В, а на входе сигма-дельта АЦП будет 2В: U = 2В, U_оп = 3В.

Схема будет менять свое состояние в соответствии с импульсами тактового сигнала на входе C триггера. Поэтому нам нужно разбить временную шкалу на части, которые равны периоду этого сигнала и определить, какие будут значения напряжений в разных точных схемы на разных интервалах.

Интервал 1.

• Пусть в начальный момент времени в точке 4: 1. Это зависит от того, каким было состояние схемы на предыдущем шаге, поэтому можем принять любое значение в качестве начального.
• Значит на выходе ключа: U₅ = −3В.
• Возвращаемся ко входу, на который по условию у нас поступило значение: U =  2В.
• В точке 1 будет: U₁ = 2 − 3 = −1В.

В течении интервала 1 (также будет и для других интервалов) на входе интегратора постоянное напряжение. А значит на выходе интегратора будет «пила», наклон которой определяется величиной входного сигнала. В данном случае на входе U₁ = −1В, значит напряжение на выходе интегратора изменится на −1В за этот промежуток времени:

• И в результате, имеем: U₂ = −1В.
• Второй вход компаратора подключен к земле (0В), значит на его выходе будет 0, если U₂ < 0. Так и происходит — точка 3: 0.
• По спаду импульса тактового сигнала эта величина попадает на выход триггера — точка 4: 0.
• И далее этот бит «0» идет на цифровой фильтр и в цепь обратной связи. Фильтр пока не трогаем, а вот ключ в данном случае изменит свое состояние, и мы получим: U₅ = 3В.

Итак, мы разобрали в деталях работу всей схемы сигма-дельта модулятора на первом интервале.

Интервал 2.

• На входе у нас все еще: U = 2В.
• Но на второй вход сумматора теперь поступает 3В, что дает на входе интегратора: U₁ = 5В.
• С работой интегратора мы уже разобрались, так что определяем уровень на его выходе: U₂ = 4В:

Продолжаем, как и для интервала 1 — точка 3: 1,  точка 4: 1, U5 = −3В.

Вот и второй интервал разобран. Составим таблицу и графики для этих и некоторого количества последующих отрезков:

№	U	U1	U2	Точка 3	Точка 4 (Выход)
1	2В	−1В	−1В
2	2В	5В	4В	1	1
3	2В	−1В	3В	1	1
4	2В	−1В	2В	1	1
5	2В	−1В	1В	1	1
6	2В	−1В	0В	1	1
7	2В	−1В	−1В
8	2В	5В	4В	1	1

Здесь начиная с 7-го шага идет повторение всех процессов, поэтому мы легко можем продолжить ряд выходных значений. Для 15-ти интервалов получим:

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1

А если бы на вход приходил 1В, то результат был бы такой:

№	U	U1	U2	Точка 3	Точка 4 (Выход)
1	1В	−2В	−2В
2	1В	4В	2В	1	1
3	1В	−2В	0В	1	1
4	1В	−2В	−2В
5	1В	−4В	2В	1	1
6	1В	−2В	0В	1	1
7	1В	−2В	−2В
8	1В	4В	2В	1	1

В результате  также имеем последовательность битов:

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
1	1	1	1	1	1	1	1	1	1

Но это не совсем то, что нам требуется, поэтому в схеме присутствует еще и двоичный счетчик.

Счетчик подсчитывает количество единиц в подаваемой на его вход последовательности битов. При этом для 4-х разрядного счетчика максимальное количество подсчитанных единиц равно 15-ти. Потому что 15 единиц – это код 1111 (все четыре разряда = 1), после этого счетчик переполняется.

Давайте составим таблицу с полученными результатами для рассмотренных значений входного напряжения. При этом нас интересует период, равный 15-ти интервалам:

Uвх	Кол-во единиц на входе счетчика	Q3	Q2	Q1	Q
2В	12	1	1
1В	10	1	1

Вот такой результат дает наша схема АЦП. Теперь можем проверить полученный на выходе цифровой код. Для 2В на входе на выходе счетчика мы получили код – 1100 (12 в десятичной системе счисления). При этом мы точно знаем, что при напряжении 3В на входе (равно опорному напряжению) на выходе модулятора у нас будут одни единицы. А на выходе счетчика мы получим «максимум», то есть код 1111 (15 единиц). А если на входе −3В, то на выходе модулятора сплошные нули, значит на выходе счетчика – 0000 (0). Опираясь на эти точки — (3, 15) и (−3, 0) — мы можем вывести формулу для расчета аналогового напряжения из цифрового кода:

U = (выход счетчика) / 15 * (3 + 3) − 3 = (выход счетчика) / 15 * 6 − 3

А теперь возьмем полученный нами код с выхода счетчика (1101) и рассчитаем для него аналоговое значение напряжения: U = 12 / 15 * 6 − 3 = 1.8В. Для второго полученного значения (1010): U = 10 / 15 * 6 − 3 = 1В

Здесь мы не попали точно в значение 2В из-за того, что накопили значения всего лишь для 15-ти интервалов. Поэтому шаг между соседними значениями напряжений достаточно велик. Например, для выходного кода 1101 (13), получаем значение U = 2.2В. То есть соседние значения равны 1.8В и 2.2В, и разность между ними значительна.

На этом моя статья подходит к концу, всем спасибо за прочтение, надеюсь было познавательно

How DAC types sound

Often the author read in the discussions, that some people prefer one DAC type to others. They have practical experience in the sound quality of DAC types.

The author will not consider here record quality and different mixing/mastering issues, that also is a matter of DAC-sound estimation. Because it may be technically impossible to achieve full identity of single phonogram copy in different formats.

Audio-track production has several stages:

• recording;
• mixing;
• mastering;
• conversion to different formats.

How to musical test samples are produced

In the picture above only some options for producing music test samples are shown.

For some of the test samples, several stages may be excluded. Or single master-record (final stuff of music production) may be converted to different formats.

Single acoustic stuff may be recorded in 2 formats at once. There is a difference in recording tools (microphones, microphone pre-amps, analog to digital converters, etc.) and its settings.

Therefore, DAC type comparison can include a comparison of audio file converter quality or recording tool difference at least.

The main technical problem of DAC type comparison is the various inner working of the devices.

In , the impact of DAC’s internal modules to sound quality was shown for various converter types.

There are many variables, that need to be taken into account when digital-analog converters are compared.

As example, in a ladder DACs, resistors with different tolerance may be installed. It can lead to different non-linearity and cause different sound. Even for different items of a single device model.

Another example: a PCM DAC has alias issues of the oversampler, but a competing DSD DAC contains a worse analog filter. It is possible to suggest which one of the digital-analog converters is better sounding? Probably, no.

So, it is technically impossible to compare the sound of DAC types as abstract units. But it is possible to compare the sound of real instances of digital-analog converters, despite its inner workings.

Звук

Для прослушивания использовалось следующее оборудование.

• Источники: Marantz SA8400, MacBook Pro 15″ Early 2011
• Наушники: AKG K702, Sennheiser HD 700, Audiotechnica ATH-W1000X, Philips Fidelio X1, Ambient Acoustics AM6 HiRez, Stax SR-5
• Усилители: NuForce HAP-100, DIY усилитель на 6п13с+6н2п

Звук DA8, пожалуй, именно такой, каким его ожидаешь услышать от устройства с такой ценой. По отзывам в Сети, предыдущая модель D18 немного смягчала верхнечастотный диапазон, за счет чего неплохо звучали даже не очень качественные записи, но в DA8 ушли от этого, при этом не испортив «отношение» ЦАПа к не самым качественным записям. Логично использовать для такого DAC-а максимально качественные записи (те же ремастеры от MFSL), но, к сожалению, не вся музыка доступна в таком качестве. Поэтому способность Hi-End устройства работать с материалом не высокого качества также является первостепенной необходимостью. Тут у DA8 нет ни малейших проблем, во многом благодаря возможности управлять фильтрацией и подавителем джиттера.

Эффект от фильтров есть, но я бы не сказал что очень заметно. Sharp и Slow оправдывают свои названия, а доступные для DSD опции 50 кГц, 60 кГц и 70 кГц — вроде бы делают звук ярче, но уже где-то на грани слышимости. Больше эффект от подавителя джиттера, на некоторых источниках его включение заметно усиливает энергетику подачи.

Потрясает возможность DA8 строить стереопанораму. При необходимости может с легкостью передать любую задумку звукорежиссера — от маленького камерного концерта, заканчивая энергетикой живой толпы на огромном стадионе. При подборе подходящих по жанру наушников это дает ошеломительный эффект.

Думаю, даже не стоит и говорить, что звучание DA8 очень чистое, без акцентов, без перекосов и явно слышимых недостатков. Нет у него и жанровых предпочтений — все звучит великолепно.

Сигма-дельта модулятор.

Структурная схема модулятора выглядит вот так:

Ключевые элементы схемы – сумматор (∑) и интегратор (∫). Кроме того, в схему входит блок АЦП, который преобразует аналоговое напряжение на выходе интегратора в биты. Эти биты идут как на выход, так и в цепь обратной связи. А в цепи обратной связи находится ЦАП, который на входе имеет эти же биты, а также определенное опорное напряжение. Итогом работы блока ЦАП будет аналоговое напряжение, которое поступает на сумматор. Пока это еще только теоретическая часть, из которой суть устройства далеко не очевидна, но обязательно рассмотрим и практический пример

Формулы теории квантования

Когда сигнал квантован, результирующий сигнал имеет примерно статистику второго порядка сигнала с добавленным независимым белым шумом. Предполагая, что значение сигнала находится в диапазоне одного шага квантованного значения с равным распределением, среднеквадратичное значение этого шума квантования равно

ермsзнак равно1Δ∫-Δ2+Δ2е2dезнак равноΔ23{\ displaystyle e _ {\ mathrm {rms}} \, = {\ sqrt {\, {\ frac {1} {\ Delta}} \ int _ {- \ Delta / 2} ^ {+ \ Delta / 2} e ^ {2} \, de \,}} = \, {\ frac {\ Delta} {2 {\ sqrt {3}}}}}

В действительности шум квантования, конечно, не является независимым от сигнала, и эта зависимость приводит к предельным циклам и является источником холостых тонов и структурного шума в сигма-дельта преобразователях.

Шум квантования может быть уменьшен путем увеличения коэффициента передискретизации (OSR), определяемого

ОSрзнак равножs2ж{\ displaystyle \ mathrm {OSR} \, = \, {\ frac {f_ {s}} {2f_ {0}}}}

где частота дискретизации , и это Найквиста скорость .
жs{\ displaystyle f _ {\ mathrm {s}}}2ж{\ displaystyle 2f_ {0}}

RMS напряжения шума в полосе интереса ( ) может быть выражено в терминах OSR
ж{\ displaystyle f_ {0}}

пзнак равноермsОSр{\ displaystyle \ mathrm {n_ {0}} \, = \, {\ frac {e_ {rms}} {\ sqrt {OSR}}}}

АЦП прямого преобразования

Такие устройства имеют разрядность 6-8 бит. Одиночное использование АЦП прямого назначения большая редкость. Куда чаще встречаются в составе более сложных приборов.

Отдельно отметим, что такие преобразователи могут переводить сигнал не только в двоичную систему. Язык числа, который должен получится на выходе, определяется по опорному напряжению. Чаще всего используется половина от заводского значения опорного напряжения, что соответствует двоичному коду числа.

Входной сигнал поступает на плюсовые входы устройства. На минусовой вход в обязательном порядке подается постоянное напряжение. Напряжение плюсового входа постоянно сравнивается с минусовым входом. Любые расхождения выводятся в виде числа.

Большим преимуществом такого вида АЦП является конструкторская предрасположенность к созданию высокоскоростных сетей. Это значит, что само по себе АЦП не может похвалится скоростью, но при правильном расчете можно создать систему, которая позволит

Основа всего устройства АЦП: компараторы. Они обозначены треугольником на схеме. Можно увидеть, что в один компаратор заходит минусовое и плюсовое напряжение. В устройстве происходит сравнение. Плюсовое отклонение соответствует значению 1, минусовое значению 0. Шифратор из столбца единиц и нулей выводит число.

В итоге получается, что скорость действия устройства зависит только от скорости действия компоратора. Но для того, чтобы вывести 24 битный сигнал потребуется более 16 миллионов компараторов, что невозможно чисто технически. Поэтому устройство и не является самым быстродействующим из АЦП.

Сигма-дельта АЦП.

Дополнив модулятор блоком цифрового фильтра, получаем схему сигма-дельта АЦП:

И уже на выходе данного фильтра мы получим тот цифровой код, который нам и нужен. Если представить сигма-дельта АЦП  в виде черного ящика, то на входе мы имеем аналоговое напряжение U_вх а на выходе цифровой код. При изменении U_вх меняется и этот код.

Теория теорией, но из нее принцип работы вынести не так просто. Поэтому попробуем разобрать небольшой пример реальной работы. И для этого рассмотрим АЦП первого порядка. Вообще такие АЦП бывают разных порядков – отличие в количестве сумматоров и интеграторов. Так преобразователь 5-го порядка содержит 5 сумматоров и 5 интеграторов. Но нас пока интересует первый порядок. Схема выглядит так:

Давайте соотнесем ее с общей схемой из начала статьи. Сумматор и интегратор остаются собой и на этой схеме, ключевые узлы, как ни крути. Блок АЦП первой схемы здесь состоит из компаратора и D-триггера с динамической синхронизацией. А блок ЦАП представляет из себя простой ключ. Работает он так:

Вход, бит	Выход, В
Uоп
1	−Uоп

В качестве же цифрового фильтра может быть использован 4-разрядный двоичный счетчик. Суть работы этого счетчика заключается в подсчете количества единиц на входе и выдаче на выходы цифрового кода, который соответствует этому количеству:

Кол-во единиц	Q3	Q2	Q1	Q
1	1
2	1
3	1	1

И далее аналогично до числа 15, поскольку счетчик 4-х разрядный. Для 4-х разрядов максимальный код на выходе равен 1111 (0x0F), что соответствует 15-ти. Получаем, что если на входе счетчика всегда нулевой уровень, то на выходах:

Кол-во единиц	Q3	Q2	Q1	Q

Если на входе всегда «1», то на выходах:

Кол-во единиц	Q3	Q2	Q1	Q
15	1	1	1	1

Аналогично для промежуточных значений на входе. И вот теперь самое интересное, подадим на вход АЦП напряжение и посмотрим, какие будут сигналы в разных частях схемы!

Вариации

Есть много видов АЦП, которые используют эту дельта-сигма структуру. Приведенный выше анализ сосредоточен на простейшем двухуровневом сигма-дельта АЦП 1-го порядка с равномерным прореживанием. Многие АЦП используют 5-уровневую сигма-дельта-структуру sinc3 второго порядка. Многое из того, что следует далее, использует загадочные сокращения с использованием символов, представляющих операционные функции с анализом, данным в терминах преобразований Лапласа и т. Д. Это общепринятый язык индустрии передачи данных, и он не распространяется на широкую публику. Если требуется более полная документация по конкретному методу, не ищите ничего, кроме патентов. (Патентные эксперты обычно требуют полного раскрытия информации.) Прекрасная история — это «Эволюция аналого-цифровых преобразователей с передискретизацией» Брюса А. Вули, в которой есть много ссылок на соответствующие патенты.

Модулятор второго и высшего порядка

Рисунок 4: Блок-схема ΔΣ-модулятора второго порядка

Количество интеграторов и, следовательно, количество контуров обратной связи указывает порядок ΔΣ-модулятора; ΔΣ-модулятор второго порядка показан на рисунке 4. Модуляторы первого порядка безусловно стабильны, но для модуляторов более высокого порядка необходимо проводить анализ устойчивости.

Трехуровневый квантователь и выше

Модулятор также можно классифицировать по количеству битов на выходе, которое строго зависит от выхода квантователя. Квантователь может быть реализован с помощью N-уровневого компаратора, таким образом, модулятор имеет лог ₂ N- бит на выходе. У простого компаратора есть 2 уровня, как и у 1-битного квантователя; трехуровневый квантователь называется «1,5-битным квантователем»; 4-уровневый квантователь — это 2-битный квантователь; 5-уровневый квантователь называется «2,5-битным» квантователем.

Технические характеристики

• Общие гармонические искажения плюс шум (THD+N): по данным замера составляют менее 0,000 2%
• Соотношение сигнал/шум (SNR): – 135 дБ
• Диапазон частот: 20 Гц — 30 кГц
• Выходное напряжение: RCA 2 В, XLR 4.2 В
• Перекрестные помехи каналов: – 135 дБ
• Потребление питания:
• Мощность выхода на наушники: 70 мВт/600 Ω; 150 мВт/300 Ω; 280 мВт/150 Ω; 1 Вт/32 Ω
• Динамический диапазон: 133 дБ с шумом простоя менее 1.5 мкВ
• Чип: ESS Technology SABRE32 Reference DAC / Digital Filter (ES9018S), работающий с 32-bit Hyperstream для максимально низкого джиттера
• Контроллер USB: Combo384 от итальянской компании Amanero с поддержкой сигнала PCM 384 кГц/32 бит
• 5 чипов AD797 для регулировки вольтажа и фильтрации, 2 чипа OPA1632 в роли буферов
• Трансформатор: с пониженным шумом от канадской компании Plitron
• LT1129/LT3021 с пленочным конденсаторами WIMA для фильтрации питания на чип Sabre ES9018
• Аналоговые схемы с высококлассными компонентами: Panasonic, Vishay BC046, WiMA, MKS2 и NPO для наилучшего звука
• Поддержка декодирования DSD (Direct Strem Digital)
• 5 режимов фильтрации, позволяющих пользователю выбрать предпочтительный звук
• Выбираемая пользователем инверсия абсолютной фазы (позитивная или негативная)
• Отключаемый подавитель джиттера
• Высокоточная автоматическая настройка DPLL, позволяющая DA8 подстраиваться под источники разного класса
• 80-шаговая регулировка громкости. Нажатие на регулятор переключает DA8 в режим чистого ЦАПа, отключая блок усилителя. Связка DA8 в режиме ЦАП с усилителем Yulong A18 является наилучшим по звуку решением компании
• Режим предусилителя с RCA и XLR выходами
• Балансный предусилитель (XLR выход) также может быть использован как чисто балансный усилитель для наушников, хорошо работающий практически со всеми наушниками на рынке, включая модели с низким импедансом
• На переднюю панель выведено 6,3 мм гнездо усилителя для наушников, работающего в классе А. Для разъема реализована защита от короткого замыкания
• Встроенное реле отключает питание и выход для защиты устройства
• Интерфейс построен с использованием цветного 2.4″ LCD экрана
• Постоянная память для настроек пользователя
• Алюминиевый корпус и органы управления, утяжеленное шасси и специальные антивибрационные ножки
• Компактный размер, совпадающий со всей линейкой продуктов компании: 250 мм x 190 мм x 60 мм
• Вес: 2,5 кг
• Два напряжения питания: 110-115 В или 220-240 В, что позволяет использовать устройство по всему миру
• Поддержка Mac OSX, Linux and Windows

11. Цифро-аналоговые преобразователи.

ЦАП – это устройство для преобразования цифрового (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал(ток,напряжениеилизаряд). Цифро-аналоговые преобразователи являютсяинтерфейсоммежду дискретным цифровым миром и аналоговыми сигналами. ЦАПприменяется всегда, когда надо преобразовать сигнал из цифрового представления в аналоговое, например, в проигрывателях компакт-дисков.

Разрядность ЦАП – количество различных уровней выходного сигнала, которые ЦАП может воспроизвести, например, однобитный ЦАП способен воспроизвести 2 уровня (2^1=2), а восьмибитный – 256 (2^8) уровней.

Выделяют три основных типа ЦАП:

Широтно-импульсный модулятор — простейший тип ЦАП. Стабильный источник токаилинапряженияпериодически включается на время, пропорциональное преобразуемому цифровому коду, далее полученная импульсная последовательность фильтруется аналоговымфильтром низких частот. Такой способ часто используется для управления скоростью электромоторов, а также становится популярным вHi-Fi (класс аппаратуры)аудиотехнике;

ЦАП передискретизации, такие как дельта-cигма ЦАП, основаны на изменяемой плотности импульсов. Передискретизацияпозволяет использовать ЦАП сменьшей разрядностью для достижения большей разрядности итогового преобразования. Быстродействиедельта-сигма ЦАП достигает сотни тысяч отсчетов в секунду, разрядность — до 24 бит.

Взвешивающий ЦАП, в котором каждому биту преобразуемого двоичного кода соответствует резистор или источник тока, подключенный на общую точку суммирования. Сила тока источника (проводимость резистора) пропорциональна весу бита, которому он соответствует. Таким образом, все ненулевые биты кода суммируются с весом. Взвешивающий метод один из самых быстрых, но ему свойственна низкая точность. По этой причине взвешивающие ЦАП имеют разрядность не более восьми бит;

Цепная R-2R схема является вариацией взвешивающего ЦАП. В R-2R ЦАП взвешенные значения создаются в специальной схеме, состоящей из резисторов с сопротивлениями R и 2R. Это позволяет существенно улучшить точность по сравнению с обычным взвешивающим ЦАП, т.к. сравнительно просто изготовить набор прецизионных элементов с одинаковыми параметрами. Недостатком метода является более низкая скорость вследствие паразитной емкости;

Сегментный ЦАП содержит по одному источнику тока или резистору на каждое возможное значение выходного сигнала. Теоретически, сегментные ЦАП имеют самое высокое быстродействие, т.к. для преобразования достаточно замкнуть один ключ, соответствующий входному коду;

Гибридные ЦАП используют комбинацию перечисленных выше способов. Большинство микросхем ЦАП относится к этому типу; выбор конкретного набора способов является компромиссом между быстродействием, точностью и стоимостью ЦАП.

Рис. 3. Общая структура сигма-дельта ЦАП

Рис. 4. Принцип работы сигма-дельта модулятора

Интерполяционный фильтр представляет собой цифровую схему, которая принимает данные, поступающие с низкой частотой дискретизации, вставляет нули в поток данных, увеличивая тем самым частоту дискретизации, затем применяет алгоритм интерполяции и выдает данные с высокой частотой дискретизации. Выходное напряжение одноразрядного ЦАП переключается между равными по значению положительным и отрицательным опорными напряжениями. Выход фильтруется аналоговым ФНЧ.

Перемножающий ЦАП работает с различными опорными сигналами, в т.ч. переменного тока. Выходной сигнал пропорционален произведению опорного напряжения на дробный эквивалент цифрового входного числа.

Сегментированные (гибридные) преобразователи. При проектировании конкретного ЦАП может оказаться так, что ни одна из базовых структур не подходит, и придется комбинировать различные структуры для получения ЦАП с высоким разрешением и требуемыми характеристиками.

Дата добавления: 2015-08-17 ; просмотров: 845 . Нарушение авторских прав

DAC design comparison in brief

DAC type comparison

Minimalistic R2R DAC (part A of the ) contains a resistor matrix (ladder). Each of the matrix resistors has a value deviation. It causes .

The analog filter aim is of digital to analog conversion. Analog filter has gradual suppression growth with frequency increasing. And the analog filter can not deep filter all aliases. These aliases can cause audible distortions generated by ultrasound due to intermodulations.

Analog filter has minimal suppression in the low-frequency area. To suppress aliases in the low-frequency area, oversampling and digital filtering (steeper than analog one) are used (part B of the ).
However, oversampling cause own aliases. And issues are possible with the filtering of these aliases.

Read details here >

Non-linearity of the resistor matrix may be solved via a digital sigma-delta modulator (part C of the ). Because such modulator is a linear device. But the sigma-delta modulator has issues with .

When input digital audio stream is DSD (1-bit sigma-delta modulation) instead PCM, minimalistic DSD DAC contains a pair of resistors and an analog filter (part D of the ).

Of course, real DACs are more complex devices, than are shown in the . There are matters of power supply quality, temperature stability, deviation of logical level voltage, etc. DAC concepts (A, B, C, D parts at the picture) give potential design abilities only. And they do not guarantee a better quality of certain DAC type.

Read below how to work these schemes in details.

R2R ladder DAC versus sigma-delta PCM DAC versus DSD DAC

R2R ladder DAC vs sigma-delta PCM DAC vs DSD DAC comparison

Read the infographic description

Without going into detail, there are two audio signal types: DSD and PCM.

DSD (Direct Stream Digital) is 1-bit audiophile music format.

PCM (Pulse Code Modulation) is multibit format for music lovers and lo-fi applications. It’s more popular than DSD.

Both formats has as advantages as disadvantages. And there is no the best format between them. Read more…

A DAC may natively support one or both these signal types.

PCM DAC based on sigma-delta modulator have 2 key advantages:

• the linearity of input/output voltage characteristic of digital to analog conversion;
• the simplicity of design and production.

R2R DAC (or binary-weighted resistor digital-analog converter) has non-linearity issues due to available resistor tolerance. The non-linearity cause distortions. Also, it can cause audible products by ultrasound, that degrade sound quality.

Sigma delta modulator may be tough in design. But it is a pure digital module, which doesn’t need to adjust during production. It simplifies manufacturing and decreases the cost of a digital-analog converter device.

However, R2R PCM DAC doesn’t contain sigma-delta modulator and have no issue.

DSD DAC has no issues with R2R non-linearity and overload tolerance. DSD recording (original or pre-converted from PCM) may be noise-shaped differently. The noise shaping may be more or less optimal for a converter’s analog filter.

Watch and share: What is DSD audio? Video explanation