Anatomia di un DAC (anzi di molti DAC)

[Andrea Mori]

1 minuto fa, Ligo ha scritto:

a chiarirmi lo scopo che si pone @Andrea Mori nel capire perché, viste le premesse, gli interessa  "se e come sono stati curati i difetti scientificamente intrinseci alla conversione analogico digitale".

 

Lo scopo mi sembra evidente: le tecniche di conversione digitale analogica hanno più o meno difetti intrinseci, che però, almeno in parte, possono essere superati o comunque mitigati. La scelta di una tecnologia piuttosto di un'altra aiuta a capire se e come questi difetti vengono curati.  Se la tecnologia è stata applicata in modo corretto, sicuramente, dal punto di vista scientifico, avrò un dispositivo con minori difetti, ragionevolmente superiore dal punto di vista tecnico.

Nella maggior parte dei casi (ma non tutti), l'applicazione di corrette tecnologie produrrà anche misure migliori, ma anche questo è già intrinseco nella tecnologia. Con resistenze allo 0,01 % di tolleranza otterrò una gamma dinamica di almeno 13,5 bit ossia 81 dB, usando invece resistenze allo 0,001 % di tolleranza la gamma dinamica sarà di almeno 16,5 bit ossia 99 dB. Da un punto di vista scientifico, sicuramente il secondo caso, raggiungendo una gamma dinamica maggiore, sarà più lineare, e conseguentemente produrrà misure di linearità dell'ampiezza migliori.

Quindi la misura ottenibile è intrinseca nella tecnologia, e questo chiarisce lo scopo.

Forse, dico forse, tutto questo non è chiaro quando si parla di misure ma non si sa cosa si misura. 

[paolosances]

Ritengo che sarebbe auspicabile non discutere in questo thread di misure, da parte di chiunque. 

Per le misure esiste già un altro thread di cui è opener @ilmisuratore.

[max]

8 minuti fa, Ligo ha scritto:

questa, se permetti, è una tua deduzione

vero,  l'ho inserita  solo per esemplificare  che di interpretazioni si trattava 

[Ligo]

19 minuti fa, Andrea Mori ha scritto:

Lo scopo mi sembra evidente: le tecniche di conversione digitale analogica hanno più o meno difetti intrinseci, che però, almeno in parte, possono essere superati o comunque mitigati. La scelta di una tecnologia piuttosto di un'altra aiuta a capire se e come questi difetti vengono curati.  Se la tecnologia è stata applicata in modo corretto, sicuramente, dal punto di vista scientifico, avrò un dispositivo con minori difetti, ragionevolmente superiore dal punto di vista tecnico.

Nella maggior parte dei casi (ma non tutti), l'applicazione di corrette tecnologie produrrà anche misure migliori, ma anche questo è già intrinseco nella tecnologia. Con resistenze allo 0,01 % di tolleranza otterrò una gamma dinamica di almeno 13,5 bit ossia 81 dB, usando invece resistenze allo 0,001 % di tolleranza la gamma dinamica sarà di almeno 16,5 bit ossia 99 dB. Da un punto di vista scientifico, sicuramente il secondo caso, raggiungendo una gamma dinamica maggiore, sarà più lineare, e conseguentemente produrrà misure di linearità dell'ampiezza migliori.

Quindi la misura ottenibile è intrinseca nella tecnologia, e questo chiarisce lo scopo.

Forse, dico forse, tutto questo non è chiaro quando si parla di misure ma non si sa cosa si misura. 

Mi è chiaro quale è l'impatto di una corretta implementazione. Non mi è chiaro perché dovrebbe avere un peso per te visto che una corretta implementazione significa ovviamente misure migliori, come hai scritto nel post che ho citato, e consideri fuorviante basare le scelte sulle misure di un dac in quanto non significative rispetto al risultato finale, come hai più volte esternato.

Sto cercando di capire la tua motivazione nel ricercare il "DAC perfetto" che mi pare sia l'obiettivo primario del tuo lavoro da hobbysta.

Se questa domanda non è consentita ne prendo atto, significa che il thread è un seminario sulle tecnologie di realizzazione dei dac e forse la sua collocazione più naturale è in DIY.

13 minuti fa, max ha scritto:

vero,  l'ho inserita  solo per esemplificare  che di interpretazioni si trattava 

Perciò avevo chiesto chiarimenti,

[Andrea Mori]

9 minuti fa, Ligo ha scritto:

Sto cercando di capire la tua motivazione nel ricercare il "DAC perfetto" che mi pare sia l'obiettivo primario del tuo lavoro da hobbysta.

La motivazione mi sembrerebbe abbastanza evidente, se implemento una tecnologia superiore sicuramente non mi sbaglio.

Essendo un hobbista non ho limiti di budget (ovviamente non posso vendere la casa per realizzare il DAC) e neppure vincoli di marketing.

Magari sovra-ingegnerizzerò il progetto, ma sicuramente se implemento tutte le tecnologie che scientificamente risolvono o mitigano i difetti intrinseci alla conversione non mi sbaglierò.

Avrei comunque parlato più avanti delle metodologia progettuale che utilizzo quando disegno un apparecchio.

Per chi invece non è interessato alla progettazione personale, come ho già detto, può sempre effettuare una selezione grossolana degli apparecchi sul mercato in base alle tecnologie implementate, che sicuramente saranno superiori ad altre dal punto di vista tecnico. Che poi è proprio quello che sto cercando di descrivere in questo thread.

Ma per cortesia, finiamola con questa storia che io mi opporrei alle misure, ho appena iniziato a descrivere la tecnologia utilizzata nel primo DAC che sto analizzando, e la prima cosa che ho fatto è stata postare il link alle misure di ASR.

Fatene quello che volete, analizzatele, commentatele, traetene le vostre conclusioni, oppure leggete quelle di Amir.

Nessuno ve lo vieta, tanto che ho il lecito sospetto che non sapete di cosa farvene, Ma correggetemi se sbaglio.

[Andrea Mori]

52 minuti fa, Ricky81 ha scritto:

Andrea mi quoto, grazie

Intanto quello che accomuna tutti i DAC che hai menzionato è che non usano integrati monolitici, ma sono tutti a componenti discreti.

Per quello che conosco, i DAC MSB implementano tecnologie molto simili a quelle di Holo, sono anch'essi DAC ibridi PCM/DSD, e tendenzialmente hanno esasperato al limite delle tecnologie disponibili tutto quello che hanno implementato. Non ho però conoscenza di eventuali calibrazioni o correzioni di sorta delle reti resistive, però non ho alcuna certezza dal momento che non ne parlano e l'interno del modulo DAC ibrido di ultima generazione non è visibile.

dCs, sia il Bartok che gli altri più costosi, implementano una tecnologia proprietaria che hanno chiamato "Ring Dac". Sostanzialmente è un DAC sigma-delta DSD a tutti gli effetti, con la particolarità che fanno scorrere i bit del flusso continuo ad anello per superare, a detta loro, gli eventuali errori nel valore dei componenti (tolleranza delle resistenze) creando una sorta di media tra gli stessi. Non molto dissimile dai FIRDAC come il Mola MOLA, l'MSB, l'Holo ed anche il mio DAC DSD, ance se implementato in modo leggermente diverso. Posso anticipare che in un FIRDAC DSD, a differenza di quelli PCM R2R, la tolleranza delle resistenze non ha molta rilevanza sul risultato finale come spiegherò più avanti.

Gli Esoteric dovrebbero essere FIRDAC a 16 taps implementati in parallelo per mediare gli errori ed abbassare l'impedenza di uscita. Sicuramente sovra-campionano tutto quello che gli arriva in ingresso in DSD512, dato scrivono "Up conversion del PCM a 768KHz e del DSD a 22,5MHz." (22,5792 MHz / 44,1 kHz = 512).

[Ligo]

50 minuti fa, Andrea Mori ha scritto:

Ma per cortesia, finiamola con questa storia che io mi opporrei alle misure, ho appena iniziato a descrivere la tecnologia utilizzata nel primo DAC che sto analizzando, e la prima cosa che ho fatto è stata postare il link alle misure di ASR.

Opporti no, hai però affermato più volte di trovarle incoerenti con il risultato finale, quindi a che pro ricercarne l'ottimizzazione attraverso un'ingegnerizzazione spinta? 

51 minuti fa, Andrea Mori ha scritto:

Fatene quello che volete, analizzatele, commentatele, traetene le vostre conclusioni, oppure leggete quelle di Amir.

Nessuno ve lo vieta, tanto che ho il lecito sospetto che non sapete di cosa farvene, Ma correggetemi se sbaglio.

Nel mio caso ti correggo: sbagli.

[alexis]

2 ore fa, Ricky81 ha scritto:

come vedi il 90% è interessato e fa domande e ha curiosità, potrebbe diventare il thread più utile e interessante della sezione, solamente che c'è qualcuno, una piccola parte di utenti, che non ne trova l'utilità e vorrebbe ti fermassi...magari di solito un utente non interessato a un thread lo evita o lo ignora, in questo caso invece non è così...chissà...ti invito quindi a non dargli peso e a continuare la tua disamina

.. assolutamente, continua. Uno dei tred piu interessanti e istruttivi degli ultimi anni!

Ma qualcuno proprio non capisce? Qualcuno continua con le domande stupidine?

ce ne faremo una ragione..

[Andrea Mori]

Riprendo il tema descrivendo un paio di tecniche volte a superare o quantomeno a mitigare gli effetti negativi del glitch sulla conversione PCM R2R.

La prima tecnica si chiama implementazione "sign-magnitude". Questa tecnica, peraltro, permette anche di superare il problema dell'offset DC all'uscita del DAC in configurazione classica R2R.

Come si può vedere nelle prime due immagini, la configurazione classica di un DAC esemplificativo a 4 bit prevede una sola rete resistiva R2R alimentata da un'unica tensione di alimentazione VRef. Questo, come ho già detto, comporta inevitabilmente un offset DC all'uscita del DAC pari a VRef / 2, quindi se alimentato a 4 Volt avrò un offset di 2 Volt.

Nella seconda immagine, è descritta l'implementazione semplificata di un DAC che opera con l'architettura sign-magnitude. In questo caso abbiamo due tensioni di riferimento, una positiva (REF+) e l'altra negativa (REF-). 

Nella realtà, non si usa un interruttore a 3 stati (+, -, ground), bensì una doppia rete resistiva interconnessa, una delle quali ha come riferimento REF+ e l'altra REF-.

In questa implementazione, quando il segnale in ingresso rappresenta 0 Volt campionati, tutti i bit di entrambe le reti resistive positiva e negativa si trovano a massa (0V), e quindi non c'è offset DC in uscita.

Tuttavia, questa tecnica elimina totalmente anche il glitch che si verifica per il passaggio per lo zero (zero crossing), che come avevamo visto provoca il cambio di stato simultaneo di tutti i bit che compongono il ladder, e sopratutto del bit più significativo (MSB).

Questo si ottiene poiché le due reti resistive non commuteranno mai l'MSB al passaggio per lo zero, dato che questo avrà il solo scopo di selezionare una delle due reti in funzione del segno positivo o negativo in ingresso. Pertanto il passaggio da dal semi-periodo positivo a quello negativo, o viceversa, della sinusoide campionata produrrà soltanto la commutazione di pochi LSB, per i quali l'impatto del glitch è pressoché ininfluente dato che viene enormemente attenuato dai partitori resistivi dei bit più significativi via via che ci si avvicina all'MSB.

In questa configurazione, in pratica, per ottenere un DAC con 24 bit di risoluzione se ne implementano due da 23 bit ciascuno, uno gestisce la semionda positiva e l'altro quella negativa.

A memoria, la prima implementazione di questa tecnologia è stata effettuata da Burr Brown nei suoi DAC fino all'ultimo PCM1704, e denominata "Collinear structure", che poi è la stessa cosa del sign-magnitude.

Nell'ultima immagine il circuito che rappresenta un'implementa effettiva di un DAC R2R a 24 bit con architettura sign-magnitude, il Soekris DAM1021. Si noti la struttura a due quadranti positivo e negativo della rete resistiva.

Nel prossimo commento descriverò la seconda tecnica utilizzabile per limitare l'effetto del glitch, ossia la decodifica unaria (cosiddetta a termometro) dei bit più significativi.

[alexis]

@domenico80  il tuo celsus l'ho bervemente ascoltato dal mio fraterno amico, che pure lo importa.. devo dire che non si comportava per nulla male, ma proprio per nulla.. :-)

Considerato costo e dimensioni.. chapeau

[domenico80]

se il tuo amico è chi intendo io , la sera del test fu assai interessante , a tratti imbarazzante

[jakob1965]

2 ore fa, Ligo ha scritto:

Quando dice che non comprerebbe mai un dac per le misure significa che non le considera importanti sulla resa finale. Concetto già in precedenza più volte espresso.

Ciao

 

io ho inteso che lui parla dell'architettura costruttiva (se vogliamo elettrotecnica) dei Dac - poi ovviamente una volta costruito il circuito sicuramente si misura - @Andrea Mori  parla del passo prima - almeno io ho inteso questo - non vedo quindi contraddizioni.  

[Andrea Mori]

1 minuto fa, jakob1965 ha scritto:

Ciao

io ho inteso che lui parla dell'architettura costruttiva (se vogliamo elettrotecnica) dei Dac - poi ovviamente una volta costruito il circuito sicuramente si misura - @Andrea Mori  parla del passo prima - almeno io ho inteso questo - non vedo quindi contraddizioni.  

A volte una tecnologia applicata non serve neanche misurarla poiché il risultato è già definito dalla tecnologia stessa.

La misurazione quando si progetta serve solo a verificare che non siano stati commessi errori di implementazione di una data tecnologia, ovvero che il circuito elettronico abbia degli errori.

Poi, come ho già detto e ne parlerò più avanti, la simulazione del circuito permette già di ottenere le misure ancor prima di costruirlo. Un grafico FFT è pura matematica e conseguentemente può essere facilmente eseguita in software. Solitamente uso LT Spice per simulare i circuiti (a volte anche MicroCap), e questo permette, opportunamente configurato, di ottenere tutti i grafici FFT quali THD, S/N, IMD e via dicendo. In base ad una lunga esperienza, oramai so che le differenze tra la simulazione e la misura reale sono normalmente di pochi dB, quindi irrilevanti. E sono dovute principalmente al fatto che si utilizzano modelli di componenti che, a parità, vengono ripetuti esattamente in tutto il circuito, mentre nella realtà c'è sempre una minima tolleranza tra questi anche se appartenenti allo stesso batch produttivo.

Nell'immagine la simulazione della distorsione armonica (THD) e del rumore di fondo di uno stadio amplificatore/buffer con guadagno 4 in tensione utilizzabile all'uscita del DAC.

[Ligo]

1 ora fa, jakob1965 ha scritto:

Ciao

io ho inteso che lui parla dell'architettura costruttiva (se vogliamo elettrotecnica) dei Dac - poi ovviamente una volta costruito il circuito sicuramente si misura - @Andrea Mori  parla del passo prima - almeno io ho inteso questo - non vedo quindi contraddizioni.  

Faccio l'ultimo intervento tentando di chiarire poi lascio proseguire.

Non ho dubbi che chi progetta faccia le verifiche strumentali, non è questo il punto.

Se parto dall'idea che le misure di un dac siano scorrelate dal risultato che ascolto, a che pro mettere in campo soluzioni ingegneristiche volte a correggere tutti i difetti che possono inficiare la conversione? Per quale motivo lo faccio? Non per ottenere misure migliori, anche se è una conseguenza ovvia. Allora per avere un risultato che mi piace di più? Ma ha detto di non essere in grado di correlare la tecnologia con l'ascolto. Quindi? Per soddisfazione? Benissimo, questo è del tutto comprensibile.

Solo questo mi sarebbe piaciuto sapere ma alla fine non ha importanza, era un curiosità che tale rimarrà.

 

[Andrea Mori]

1 ora fa, Ligo ha scritto:

Faccio l'ultimo intervento tentando di chiarire poi lascio proseguire.

Non ho dubbi che chi progetta faccia le verifiche strumentali, non è questo il punto.

Se parto dall'idea che le misure di un dac siano scorrelate dal risultato che ascolto, a che pro mettere in campo soluzioni ingegneristiche volte a correggere tutti i difetti che possono inficiare la conversione? Per quale motivo lo faccio? Non per ottenere misure migliori, anche se è una conseguenza ovvia. Allora per avere un risultato che mi piace di più? Ma ha detto di non essere in grado di correlare la tecnologia con l'ascolto. Quindi? Per soddisfazione? Benissimo, questo è del tutto comprensibile.

Solo questo mi sarebbe piaciuto sapere ma alla fine non ha importanza, era un curiosità che tale rimarrà.

Qual è la tua difficoltà?

Quando parlo di una o più tecnologie che garantiscono scientificamente una maggiore linearità applicate in un DAC (Holo May), qual è la tua difficoltà a correlarle alle misure di ASR al link che ho postato?

Se hai difficoltà è evidente che non era solo un lecito dubbio, bensì la constatazione che parli di qualcosa, le misure, ma ne ignori il significato. E questa volta non dire che mi sbaglio, ma cortesemente dimostra che mi sbaglio.