Anatomia di un DAC (anzi di molti DAC)

[audio2]

anche certi naim erano vuotini

però suonavano bene

però non costavano poco

troppi però

[giaietto]

Alimentazione esterna

[Andrea Mori]

1 ora fa, Oedema ha scritto:

Anche il TDA1545A sfrutta la medesima tecnica di conversione? Inoltre, come già chiesto, vorrei che mi illustrassi meglio, se la conosci, l'architettura del mio DAC: il Paradisea della MHDT LABS che monta, per l'appunto, quel chip di conversione. Grazie, ti seguo con estremo interesse e rispetto.

Il TDA1545A usa una tecnologia un po' diversa dal TDA1541A, infatti all'epoca era considerato la versione economica del TDA1541A. Invece del DEM usa 32 generatori di correnti costanti calibrate (5 bit) e 11 divisori passivi, per raggiungere la risoluzione di 16 bit.

Del tuo DAC non trovo molto in rete, salvo che è un DAC NOS (senza sovra-campionamento). 

[Andrea Mori]

48 minuti fa, Ricky81 ha scritto:

@Andrea Mori una domanda veloce, tra Holo May e Spring 3 KTE tecnicamente le differenze sono considerevoli?

Entrambi sono basati più o meno sulla sessa tecnologia, lo Spring 3 era la versione precedente al May, e di preciso non so quali siano le differenze.

Tuttavia, dalle misure su ASR anche lo Spring 3 aveva prestazioni eccellenti ASR Holo Spring 3. 

[domenico80]

13 minuti fa, giaietto ha scritto:

Alimentazione esterna

e che ci devono alimentare !

[Andrea Mori]

31 minuti fa, giaietto ha scritto:

@Andrea Mori Ciao. Hai mai avuto modo di “ispezionare” un Nagra o un AMR?

Non conosco il NAGRA, ma conosco l'AMR CD 77 perché conosco il progettista Thorsten Loesch, con il quale ho avuto modo di scambiare opinioni su diyaudio.com e su diyhifi.org.

All'epoca era considerato una delle migliori implementazioni del TDA1541A insieme allo Zanden 5000.

Può lavorare sia in NOS che in OS (2X e 4X) ed implementa uno stadio di uscita a tubi.

  

[fmr59]

38 minuti fa, giaietto ha scritto:

Alimentazione esterna

Ahhh beh allora si spiega tutto

[Andrea Mori]

Tornando in argomento, un'altra criticità che affligge la conversione digitale analogica, soprattutto quella basata su reti resistive R2R, è il glitch generato dagli interruttori del DAC quando questi cambiano stato.

La conversione, dal punto di vista elettronico, è implementata per mezzo di porte logiche, tipicamente flip-flop, e queste conoscono soltanto due stati logici, acceso o spento, 0 oppure 1, Vref o massa.

Questo significa che nel momento in cui cambiano stato generano un'onda quadra a tutti gli effetti.

Dal punto di vista elettronico, un'onda quadra è composta da una sinusoide alla frequenza appunto dell'onda quadra e da un numero virtualmente infinito di armoniche dispari (immagine esemplificativa allegata).

Il risultato è che, nel momento in cui avviene la transizione, il fronte generato (per passare ad esempio da 0V a Vref) è ripidissimo, con tempi nell'ordine di pochissimi nanosecondi. Ad esempio i flip-flop della serie NC7SZ di On Semiconductor hanno un tempo di propagazione (tpLH e tpHL, transizione da basso a alto e da alto a basso) di 2.8ns se alimentati a 3,3 Volt e di 2,2ns quando alimentati a 5 Volt.

Come si evince dalla seconda immagine, queste transizioni ripidissime producono degli impulsi, sia nella parte alta che nella parte bassa (ground bounce), che alterano l'onda quadra generata.

Questo, inevitabilmente, si traduce in un errore di non linearità, dal momento che l'ampiezza del segnale non è perfetta, bensì viene modulata da questi impulsi.

Nel prossimo commento descriverò il motivo per cui i DAC basati su reti R2R ne soffrono particolarmente. 

[serbel]

La differenza principale che il may ha alimentazione esterna mentre lo spring è un unico pezzo , poi ci sono le varie release in entrambi i modelli dove montano componenti più performanti , alimentatori ecc , infine anche l importatore olandese offriva modifiche al clock e cavi , questo a memoria quando valutavo holo un paio di anni fa

[alexis]

Poi ci sarebbe il re dei chip… l‘Ad 1862… che implementava pure lo straordinariamente musicale Dac di punta della Kondo..

[Andrea Mori]

54 minuti fa, alexis ha scritto:

Poi ci sarebbe il re dei chip… l‘Ad 1862… che implementava pure lo straordinariamente musicale Dac di punta della Kondo..

Provato pure l'AD1862 qualche anno fa quando feci una serie di prove comparative al fine di decidere quale tecnologia adottare nel progetto del mio DAC.

Per quel che può valere, soggettivamente posso dire che suonava molto bene, anche se alla fine la preferenza di tutti quelli che parteciparono alle prove di ascolto comparative andò al DAC con il doppio TDA1541A.

[alexis]

@Andrea Mori sarebbe da approfondire.. probabilmente conta pure la ricchezza dell’implementazione interna.. il dac kondo di punta, tra tutti i dac ascoltati.. ancora oggi nella mia memoria occupa un posto di rilievo.. trasparente come l‘acqua ma privo di asperità alcuna, avvolgente e terso, ascoltato spesso su grandi sistemi horn, che ne mettono in rilievo  tutte le qualità.. eccellente a dir poco.

[password]

@Andrea Mori Pensi che il tda1541 possa ancora essere attuale o ormai è sorpassato e quindi soltanto menzionato in quanto tappa importante nella evoluzione della conversione d/a.

[Andrea Mori]

1 ora fa, password ha scritto:

@Andrea Mori Pensi che il tda1541 possa ancora essere attuale o ormai è sorpassato e quindi soltanto menzionato in quanto tappa importante nella evoluzione della conversione d/a.

In base alle nostre prove comparative, ovviamente soggettive, il DAC con il doppio TDA1541A del quale ho postato l'immagine, suonava molto bene, meglio di tutti gli altri DAC con i quali lo abbiamo confrontato, quali AD1862, AD5791, PCM1704, AK4493, PCM1794, ESS9038Q2M (progetto fai da te IAN CANADA), ESS9038PRO (Buffalo III SE PRO), e via dicendo.

A nostro soggettivo parere soltanto il DAC PCM a componenti discreti che abbiamo progettato da zero suonava meglio.

Il limite del TDA1541A sono i 16 bit di risoluzione, mentre per quanto riguarda le frequenze di campionamento lavora tranquillamente fino a 192kHz, qualcuno lo ha spinto anche a 384 kHz. 

[Andrea Mori]

Al fine di semplificarne l'esposizione, farò riferimento a configurazioni di base a 4 e 8 bit per spiegare l'impatto del glitch nella conversione basata su reti resistive R2R.

Un segnale musicale, essendo costituito da somme di sinusoidi oscilla continuamente tra valori positivi e negativi. In questa rappresentazione lo zero del segnale musicale corrisponde al valore Vref/2 e ogni passaggio per lo zero causa una transizione tra le parole binarie 1000 0000 … 0000 e 0111 1111 … 1111.

Il convertitore classico R2R decodifica queste due configurazioni per vie completamente diverse (in quanto tutti i bit sono diversi) e ogni errore di non linearità causa una ripetuta distorsione particolarmente fastidiosa. L’errore di passaggio per lo zero è il principale ostacolo alla realizzazione di convertitori DA R2R di qualità.

Da notare che un convertitore R2R nella sua configurazione classica produce una sinusoide totalmente positiva o totalmente negativa in funzione della tensione di riferimento utilizzata (positiva o negativa). Questo significa che in realtà il passaggio per lo zero (zero crossing) non si raggiunge a 0 volt di ampiezza, bensì a metà della tensione di riferimento (VRef / 2). Questo ovviamente obbliga ad accoppiare lo stadio successivo in AC (tipicamente per mezzo di un condensatore in serie al segnale), altrimenti si creerebbe un offset in DC (corrente continua) di qualche Volt che sarebbe poi amplificato ed inviato ai diffusori. Con il risultato che la bobina mobile del woofer probabilmente fonderebbe e si interromperebbe distruggendo l'altoparlante.

Quindi in generale possiamo affermare che il glitch produce fastidiose non linearità, che si manifestano più o meno in funzione del numero di bit che cambiano stato ad ogni commutazione delle parole binarie in ingresso. In una classica rete R2R queste non linearità acquistano sempre più rilevanza man mano che ci si sposta dall'LSB verso l'MSB, dato che quelle più vicine all'LSB vengono attenuate dalla rete di partitori resistivi che lo seguono. Mentre quelle più vicine all'MSB hanno assai più rilevanza in quanto l'attenuazione è sempre minore, fino ad azzerarsi nel caso dell'MSB. Infatti, il passaggio per lo zero è il punto più critico in quanto tutti i bit commutano simultaneamente, e soprattutto commuta l'MSB.

A titolo esemplificativo, nelle prime due immagini è rappresentato un classico convertitore R2R a 8 bit nel momento in cui avviene il passaggio per lo zero. Come si può vedere tutti i bit della scala cambiano stato simultaneamente, producendo l'errore di non linearità più elevato, chiaramente visibile nella terza immagine come un picco stretto che distorce l'ampiezza della sinusoide.

Nella quarta immagine è rappresentato il passaggio per lo zero di un classico convertitore R2R a 4 bit, corredato dalle ampiezze del segnale in uscita. Anche in questo caso si evince che tra il 7° e l'8° avviene il passaggio per lo zero, e tutti gli interruttori del ladder commutano simultaneamente.

L'ultima immagine rappresenta l'acquisizione effettiva del segnale all'uscita di un classico DAC R2R effettuata con un oscilloscopio digitale ad alta frequenza di campionamento. Il glitch è chiaramente visibile come discontinuità nella sinusoide che si manifesta al di sopra e al di sotto del passaggio per lo zero. Quest'ultimo, in realtà è un caso particolarmente drammatico dell'impatto del glitch sulla conversione digitale analogica, tuttavia rende bene l'idea delle distorsioni di non linearità che ne derivano.

Nel prossimo commento descriverò un paio di tecniche volte ad eliminare, o quantomeno a mitigare notevolmente, il problema del glitch nei convertitori basati su reti resistive.