Возможная реализация 17 разрядного параллельного (мультибитного) ЦАП на базе 2-х канального 16 разрядного ЧИПа

[Игорь Тихомиров]

Пришла в голову , думаю, что не мне одному, следующая идея. А если заставить половинки двухканального 16р мультибитного ЦАП выдавать отдельно отрицательную и положительную половины сигнала? Для этого необходимо, чтобы на половинку микросхемы подавались 16р данные в виде значений выборок модуля напряжения аудио сигнала.
У половинок микросхемы разный коэффициент передачи (для ЧИПа TDA1541A типовое значение <0,1 дБ, а это всего лишь 1%). Этого достаточно, чтобы получить много четных гармоник. Можно отрегулировать баланс плеч при суммировании аналогового сигнала. Но от температуры и во времени регулировка будет уходить, ведь баланс нужен на уровне, хотя бы, 0,05%. В конце концов можно периодически подстраивать балансировку по выходному спектру, но с этим не каждый справится. А что если сделать балансировку плеч автоматической? Привожу описание варианта реализации аппаратной части и примерный алгоритм автоматической балансировки плеч ЦАП.

Аппаратная часть схемы балансировки плеч ЦАП состоит из компаратора и D-триггера. Процесс калибровки (коррекции) баланса плеч ЦАП состоит с следующем. В начале работы или по команде оператора, когда нет режима "воспроизведения", запускается тестовый сигнал выбранной частоты одинаковый для обеих половин ЦАП. В процессе калибровки, процессором, производится анализ "постоянной составляющей" сигнала ошибки с выхода D-триггера. Сигнал ошибки минимален, когда количество нулей и единиц за расчетный интервал времени одинаково и когда нули и единицы, чаще всего, чередуются друг за другом. Минимизация сигнала ошибки производится подбором поправочного коэффициента методом последовательного приближения. Поправочный коэффициент запоминается. В процессе воспроизведения фонограммы найденный коэффициент (множитель) используется в алгоритме подготовки данных для ЦАП. Калибровку можно будет повторять по прошествии некоторого заданного интервала времени или по команде оператора. В процессе калибровки на аудио выходе сигнал будет отсутствовать, так как на выходах половин ЦАП будет присутствовать синфазный сигнал.
Интересно мнение участников форума по данной теме.

[Мусатов Константин]

Вопрос в точности компаратора. Каково у него смещение и сколько он внесет ошибки из-за этого?

[Игорь Тихомиров]

Каково у него смещение и сколько он внесет ошибки из-за этого?

Нужно выбрать компаратор со смещением не более 0,05% от максимального выходного напряжения ЦАП. Если выходное напряжение ЦАП 5В, то напряжение смещения должно быть не более 2,5мВ. Тут возможны два варианта. Если напряжение смещения компаратора значительно меньше шума даваемого ЦАП, то при равенстве плеч, на интервале времени, будет хаотическое чередование нулей и единиц. Если напряжение смещения больше шума, то на отрицательную полу-волну тестового сигнала будут преобладать нули/единицы, а на положительную волну единицы/нули.
В любом случае алгоритм реализовать можно. Требуется только статистическая обработка выборок.
Можно сделать еще круче. Вход компаратора подключить на выход "суммирующего" ОУ (второй вход компаратора надо подключить к земле). При этом надо будет анализировать выборки остаточного дисбаланса синфазного сигнала. Придется организовывать узкополосный цифровой фильтр на частоту тестового сигнала. Работа такого алгоритма займет значительно больше времени. Но зато будет учтена погрешность суммирования плеч ЦАП выходным ОУ.

[Владимир R-V-A]

Извиняюсь, что вмешиваюсь. Вы в самом деле, Игорь, верите, что эти алгоритмы уже не продумали, проверили и не спаяли в транснациональных корпорациях мира, где инженерам платят от 3 до 300 000 долларов США в месяц, чтобы их вы не определи своими мыслями?

[Игорь Тихомиров]

что эти алгоритмы уже не продумали, проверили и не спаяли в транснациональных корпорациях мира,

Что то подобное реализовали и у нас в конце 80-х начале 90-х. Обошлись без вашего участия и ваших г...ых "патентов".

[Владимир R-V-A]

опять я виноват, а не чубайсис - ну вы даете, либералы)))

[Мусатов Константин]

Крупные компании конечно в курсе. Однако, результатам их работы являются микросхемы. А тут Игорь исходит от обратного - есть готовые микросхемы и как из них выжать большее.

[Владимир R-V-A]

Я ему уже объяснил несколько путей, например, если речь идет об УНЧ, то можно отказаться о традиционный (неинвертирующей) схемы включения. Выгоды есть - меньше уровень пульсаций и шумов из-за несовершенного питания по городской сети и несколько ниже КНИ и интермод. иск. Но за это надо платить - делать либо малошумящий буфер для подключения источника с высоким выходным сопротивлением либо, что еще, на мой взгляд, лучше, делать УНЧ, например на двух аналогичных микросхемах - первая буфер - усилитель напряжения, вторая - УНЧ работающая в режиме повторителя со 100% ООС и минимально возможными для нее искажениями. Можно также микросхемы включать в параллель. Тут не может быть универсального решения на все случаи жизни - нужно пробовать, экспериментировать. Но он сам хочет все один изобрести, используя тест-сигнал на 1000 Гц)))

[Игорь Тихомиров]

Константин, не знаю как Вам, а мне этот гражданин надоел. Пишет всякую чепуху не в в папад во всех темах.

[Владимир R-V-A]

Взаимно - носитесь тут со своими лампами и измерениями на 1000 Гц будто Америку открыли! Опомнитесь, уже давно 21 век!

[Игорь Тихомиров]

Можно сделать еще круче. Вход компаратора подключить на выход "суммирующего" ОУ (второй вход компаратора надо подключить к земле). При этом надо будет анализировать выборки остаточного дисбаланса синфазного сигнала. Придется организовывать узкополосный цифровой фильтр на частоту тестового сигнала. Работа такого алгоритма займет значительно больше времени. Но зато будет учтена погрешность суммирования плеч ЦАП выходным ОУ.

Константин, в этом решении видны какие либо изъяны?

[Мусатов Константин]

Константин, в этом решении видны какие либо изъяны?

Не думаю, что из всего этого реально удастся выудить нечто серьезное. Т.е., результат может какой и будет, но непропорционально затратам. Лучше как-то бороться с основными недостатками параллельных МС. А именно с неравномерными шагами. Ошибка преобразования у них не носит шумовой характер, а растет со стоимостью бита.

[Владимир R-V-A]

Напряжение срабатывания компаратора (порог) зависит от типа микросхемы, температуры и, например, у ОУ кр1401уд2а, если не ошибся в цифрах (4 шт. микропотребляющих ОУ в одном корпусе) это порядка 50 мВ, напряжение питания до +-15 В.

[Игорь Тихомиров]

Лучше как-то бороться с основными недостатками параллельных МС. А именно с неравномерными шагами. Ошибка преобразования у них не носит шумовой характер, а растет со стоимостью бита.

Константин, а балансный режим насколько эффективен в этом вопросе?

[Мусатов Константин]

Константин, а балансный режим насколько эффективен в этом вопросе?

В этом вопросе у него нет преимуществ. Только устранение постоянной составляющей.
Есть вариант с неравномерным кодированием и сдвижкой шкалы так, что бы нулевая точка попадала каждому ЦАПу не в точку переключения старшего бита, а в середину наиболее линейного участка характеристики.

[Игорь Тихомиров]

Только устранение постоянной составляющей.

Константин, разъясните по подробнее.

[Мусатов Константин]

Константин, разъясните по подробнее.

ЦАПы бывают двуполярные и однополярные. У однополярного ЦАПа напряжение или ток на выходе изменяется от 0 до Х при изменениях кода от 0 до максимума. У двуполярного изменяется от -Х/2 до Х/2 и середина шкалы соответствует нулю на выходе. 1541 однополярный ЦАП и ему надо или компенсировать смещение на пол шкалы или ставить на выходе фильтр (конденсатор например).

[Игорь Тихомиров]

ЦАП и ему надо или компенсировать смещение на пол шкалы или ставить на выходе фильтр (конденсатор например).

Так на не инвертирующий вход выходного ОУ разве не подают опорное напряжение?

[Мусатов Константин]

У него токовый выход и нет выхода опорного тока

[Игорь Тихомиров]

Всем добрый день. Пришла в голову мысль. А что если для первого варианта (в схеме необходимо исключить разделительные RC цепочки) для калибровки каналов не использовать тестовый сигнал вообще. Выдавать на ЦАП только числа. Алгоритм будет заключаться в следующем.Методом последовательного приближения необходимо подобрать такое число подаваемое на один из каналов ЦАП, чтобы разница сигналов на выходе плеч была минимальной.При максимальном не балансе плеч ЦАП 0,3 дБ необходимо проверить действие 10 младших разрядов. Реализация такого алгоритма будет состоять из, не более чем, 10 простых шагов.

1 шаг - проверка действия 10 р.
На вход первого канала подается число 1000000000000000, на вход второго 1000001000000000. Затем подается число 1000001000000000 на вход первого канала, а 1000000000000000 на вход второго канала. Анализируются отклики на выходе компаратора. Если в обоих случаях происходит смена отклика, то в дальнейшем для данные обоих каналов в 10р записывается 0. Если в одном из каналов, при подаче числа 1000001000000000 отклик не изменился, то в дальнейшем в 10р его данных записывается 0.

N шаг - проверка действия N разряда.
Если на предыдущем шаге, при подаче 1 в соответствующем разряде на вход обоих каналов ЦАП, отклик изменялся, то повторяют все действия сделанные на предыдущем шаге. Если на предыдущем шаге, при подаче 1 в соответствующем разряде на вход одного из каналов ЦАП, отклик не менялся, то проверяют действие N разряда только в этом канале.

Реализация такого алгоритмы исключительно проста и не требует много времени и ресурсов процессора. На точность калибровки будет влиять напряжения смещения нуля ОУ на выходах ЦАП и напряжение смещения нуля компаратора.

[Игорь Тихомиров]

При максимальной амплитуде сигнала 3 В и точности балансировки плеч 0,05%, требуемое суммарное смещение нуля не должно превышать 1,5 мВ.

[Игорь Тихомиров]

Если в одном из каналов, при подаче числа 1000001000000000 отклик не изменился, то в дальнейшем в 10р его данных записывается 0.

Тут опечатка. Должно быть:
Если в одном из каналов, при подаче числа 1000001000000000 отклик не изменился, то в дальнейшем в 10р его данных записывается 1.

- - - Добавлено - - -

Забыл описать еще один шаг алгоритма. Полученное, после проверки действия всех разрядов, число 100000ХХХХХХХХХХ надо поделить на 1000000000000000. Полученный результат это поправочный коэффициент на который надо умножать данные для канала ЦАП с меньшим коэффициентом преобразования.
Господа, что по этому поводу скажите?

[Игорь Тихомиров]

По моему при описании алгоритма я напутал числа. Привожу уточненное описание алгоритма калибровки плеч ЦАП.

Пришла в голову мысль. А что если для первого варианта (тот что изображен на схеме) для калибровки каналов не использовать тестовый сигнал вообще. Выдавать на ЦАП только числа. Алгоритм будет заключаться в следующем.Методом последовательного приближения необходимо подобрать такое число подаваемое на один из каналов ЦАП, чтобы разница сигналов на выходе плеч была минимальной.При максимальном не балансе плеч ЦАП 0,3 дБ необходимо проверить действие 10 младших разрядов. Реализация такого алгоритма будет состоять из, не более чем, 11 простых шагов.

1 шаг - проверка действия 10 р.
На вход первого канала подается число 111111000000000, на вход второго 1111111000000000. Затем подается число 1111111000000000 на вход первого канала, а 111111000000000 на вход второго канала. Анализируются отклики на выходе компаратора. Если в обоих случаях происходит смена отклика, то в дальнейшем для данные обоих каналов в 10р записывается 0. Если в одном из каналов, при подаче числа 111111100000000 отклик не изменился, то в дальнейшем в 10р его данных записывается 1.

N шаг - проверка действия N разряда.
Если на предыдущем шаге, при подаче 1 в соответствующем разряде на вход обоих каналов ЦАП, отклик изменялся, то повторяют все действия сделанные на предыдущем шаге. Если на предыдущем шаге, при подаче 1 в соответствующем разряде на вход одного из каналов ЦАП, отклик не менялся, то проверяют действие N разряда только в этом канале.

Последний шаг алгоритма.
Полученное после проверки действия всех разрядов число 111111ХХХХХХХХХХ надо поделить на 1111110000000000. Полученный результат это поправочный коэффициент на который надо умножать данные для канала ЦАП с меньшим коэффициентом преобразования.

Реализация такого алгоритмы исключительно проста и не требует много времени и ресурсов процессора.
На точность калибровки будет влиять напряжения смещения нуля ОУ на выходах ЦАП и напряжение смещения нуля компаратора. При максимальной амплитуде сигнала 3 В и точности балансировки плеч 0,05%, требуемое суммарное смещение нуля не должно превышать 1,5 мВ.

[Игорь Тихомиров]

Константин, а не будет положительного эффекта от того, что отрицательные и положительные полу-волны будут кодироваться одинаково? Естественно при условии достижения баланса половин ЦАП с необходимой точностью.
В обычном режиме положительная полу-волна кодируется числами от 1000000000000001 (+1) до 1111111111111111 (+32567), а отрицательная от 01111111111111111 (-1) до 0000000000000000 (-32568).

[Мусатов Константин]

Я не вижу профита в этом деле. Это надо аккуратно анализировать в привязке к конкретному чипу и его особенностям.