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HDAC: Uno sguardo alla pcb

il 28/2/2017, 14:11
[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] ha scritto:ATTENZIONE. Questa pagina sarà aggiornata a breve, alcune informazioni sulla scheda non sono esatte essendo stata la scheda stessa rivista.

All'inizio del progetto erano previste almeno due pcb: una per la sezione digitale con il TDA1541 e una per la sezione analogica con il convertitore I/V e l'eventuale filtro passa basso. Avere queste due sezioni separate presenta dei vantaggi, soprattutto dal punto di vista pratico perchè è più facile collocare due piccole pcb piuttosto che piazzarne una singola ma più grande. D'altro canto, avere più pcb significa avere più collegamenti da effettuare, con relativi connettori e cavetti. Ritengo i connettori e le filature del cablaggio la parte più noiosa da fare in fase di costruzione, ma non è questo il motivo che mi ha spinto a cambiare rotta e ripensare tutto il progetto su una singola scheda. Il motivo principale del ripensamento è soprattutto tecnico, perchè la soluzione a singola scheda permette di prevedere in maniera ben definita la posizione di ogni singolo elemento, compresi gli stadi di alimentazione.

Mentre in un approccio multi-pcb avremmo avuto almeno tre schede (che diventano quattro con la scheda di interfaccia USB o SP-DIF) e cioè la scheda di alimentazione, quella con il TDA1541 e quella con la parte analogica, con l'unica scheda di cui parliamo ora si semplifica in maniera sostanziale l'assemblaggio del dac, in quanto tutto ciò che serve è a bordo scheda, e l'unica cosa che rimane da collegare è l'interfaccia digitale che fa da sorgente.

La scheda del dac è questa, con evidenziate le varie zone che ora vedremo insieme:


La scheda è collegata con il mondo esterno tramite i seguenti connettori:

K1 = alimentazione 220 V
K6 = interruttore di accensione
K5 = ingresso digitale I2S
K4 = uscita analogica canale sinistro e destro
K3 = alimentazione di servizio +5 V per l'interfaccia USB o SP-DIF
K2 = alimentazione di servizio +3.3 V per l'interfaccia USB o SP-DIF

ZONA A
La parte evidenziata in azzurro è quella relativa al TDA1541 e ai circuiti di contorno che servono al funzionamento del dac stesso. In particolare, in questa zona abbiamo i tre stabilizzatori per le tre tensioni che servono al dac: +5 V, -5 V, -15 V. I tre stabilizzatori, realizzati a discreti con bjt in configurazione emitter-follower, sono messi tatticamente vicini all'integrato, e a loro volta ricevono l'alimentazione dalla zona D (viola), ovvero dagli stabilizzatori integrati IC1 e IC2.

L'alimentazione necessaria al TDA1541, composta da tre tensioni diverse, è cosa piuttosto rognosa da gestire, soprattutto perchè le tre tensioni devono fare riferimento a due masse distinte, una digitale (piedino 14) e una analogica (piedino 5).

Tanto per dare un'idea di come sia ingarbugliata la faccenda relativa ai ritorni di massa con questo integrato, basti sapere che l'uscita analogica del dac (piedini 6 e 25) non ha come riferimento la massa analogica (piedino 5) come chiunque sarebbe portato a credere, bensì la tensione a +5 V (piedino 28) che però è anche l'alimentazione della parte digitale dell'integrato. Questo significa che occorre prevedere un buon disaccoppiamento dell'alimentazione a +5 V, e far sì che il segnale audio di ritorno abbia la strada spianata verso la massa analogica, oppure rendere i +5 V fluttuanti rispetto allo stadio analogico. La seconda soluzione, sebbene sia quella più elegante perchè eliminerebbe del tutto il passaggio del segnale attraverso i condensatori di disaccoppiamento, avrebbe comportato un'ulteriore coppia di secondari di alimentazione dedicati allo stadio analogico di uscita, e questo non sarebbe stato possibile a meno di non farsi fare un trasformatore di alimentazione su specifiche, oppure ingrandire la scheda per accogliere un terzo trasformatore.

Va da se' che l'idea folle dei +5 V fluttuanti è durata solo pochi secondi: del resto nessuno - che io sappia - l'ha mai praticata con il TDA1541, a qualunque livello di costo. Naturalmente potrei essere smentito domani, eh, se mi portate lo schema elettrico di un cd player che ha adottato tale soluzione.

E' quindi importante il posizionamento e la qualità dei condensatori utilizzati per i +5 V, che sulla scheda sono C20 e C16, due elettrolitici ai polimeri organici con bassissimo ESR e ESL. In aggiunta, c'è pure C23 (che qui non si vede perchè è tatticamente posizionato sul lato bottom), un film plastico SMD praticamente attaccato al piedino 28 per il disaccoppiamento ad alta frequenza.

(segue)


Ultima modifica di bandAlex il 3/4/2017, 11:49, modificato 1 volta
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Re: HDAC: Uno sguardo alla pcb

il 28/2/2017, 15:47
ZONA B
La zona di colore giallo è dove risiede lo stadio analogico di uscita, composto da due opamp integrati AD811 oppure due AF-C02, che sono sempre opamp ma a componenti discreti made in GiardinoElettronico. In realtà, tale stadio prevede ben tre configurazioni possibili:

1) coppia di opamp integrati (AD811, o altro);
2) coppia di AF-C02;
3) coppia di opamp AD844 in configurazione non-feedback.

In tutti i casi si tratta di opamp SINGOLI cioè con un solo opamp nel contenitore. In pratica, qualunque opamp può andar bene, anche se ovviamente le prestazioni cambieranno in base alla qualità dell'integrato utilizzato.

Sulla configurazione 3) ci sarebbe da aprire un thread dedicato in quanto è poco conosciuta ma estremamente interessante. L'AD844 di Analog Devices è un comune operazionale, contraddistinto dal fatto di essere un current-feedback (come l'AD811). Quello che rende particolare l'AD844 è l'utilizzo che si può fare del suo piedino 5 (denominato TZ), un piedino che normalmente in un opamp non è mai utilizzato. Tale piedino è connesso internamente al nodo ad alta impedenza sull'uscita dello stadio di gain (corrispondente all'ingresso dello stadio di uscita) e, nell'utilizzo ufficiale come opamp tradizionale, serve a migliorare il comportamento del chip con carichi fortemente capacitivi. In pratica, mettendo una rete RC serie tra l'uscita e il piedino 5 - come da datasheet - l'opamp riesce a gestire capacità fino a 10 nF.

Il progettista dell'AD844, tale Barrie Gilbert, non avrebbe mai immaginato l'utilizzo esoterico del suo piedino TZ. O forse sì? Sta di fatto che Charles Hansen, noto progettista di Ayre, ha utilizzato il piedino 5 proprio per rendere l'AD844 il segreto meglio custodito dell'alta fedeltà attuale. In pratica, si può utilizzare tale opamp senza rete di feedback e con il piedino 5 collegato a massa (invece che all'uscita) tramite una resistenza di basso valore. In tal modo, di fatto l'AD844 non è più un opamp ma un semplice stadio di conversione I/V senza controreazione, basato su bjt collegati a base comune, con impedenza (visibile sul piedino invertente del chip) di circa 50 ohm.



Vedremo poi che tale impedenza è comunque un po' troppo alta per il TDA1541, e la soluzione adottata nell'HDAC.

(segue)
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Re: HDAC: Uno sguardo alla pcb

il 28/2/2017, 16:55
Ho l'impressione che mi orienterò sulla soluzione 3.
Mi intriga l'assenza della rete feedback.
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Re: HDAC: Uno sguardo alla pcb

il 28/2/2017, 19:15
[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] ha scritto:Ho l'impressione che mi orienterò sulla soluzione 3.
Mi intriga l'assenza della rete feedback.

Consiglio vivamente di provare le tre configurazioni, perchè ognuna ha le sue peculiarità.

Quello che posso dire, dopo aver ascoltato per mesi tutte le possibilità, è che l'AD811 è meraviglioso, se la batte ad armi pari con l'AF-C02 anche se quest'ultimo mantiene un leggero margine. L'AD844 no-feedback è qualcosa di completamente diverso, e può piacere o meno.

Ora però bisogna aspettare la nuova pcb prima di dare un giudizio valido. Sono fiducioso su ciò che sarà il risultato, vista la cura con cui è stato organizzato il layout e l'attenzione ad ogni particolare.
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Re: HDAC: Uno sguardo alla pcb

il 28/2/2017, 22:45


ZONA C
Questa è l'area prettamente digitale, nella quale risiedono l'attenuazione I2S, il divisore di frequenza per il reclocking del Dynamic Element Matching (IC8), e il connettore di ingresso I2S.

In base alla sorgente collegata, i segnali I2S in ingresso, ovvero BCK, WCK e DATA possono avere un'escursione di 3 oppure 5 V di picco, un'ampiezza di gran lunga eccessiva per le necessità del TDA1541, per il quale è sufficiente un'escursione di 1.6 V di picco. Anche se l'eccesso di escursione non pregiudica il funzionamento del dac (e infatti finora il TDA1541 ha sempre lavorato con tali ampiezze) può generare il cosiddetto ground bounce, ovvero "inquinare" sia il substrato di silicio del chip, sia il ground plane circostante con il rumore di commutazione dovuto al segnale digitale I2S. Il ground bounce è una delle cause del jitter, per cui l'attenuazione I2S è senza ombra di dubbio un miglioramento notevole.

L'attenuazione è operata per mezzo di LED2, LED3 e LED4, che lavorano insieme ai generatori di corrente costante T1, T2 e T3 e ai diodi D17, D18 e D19. Inoltre, la capacità parassita dei LED smussa il veloce fronte di salita del segnale, adeguandolo ai limiti intrinseci del TDA1541 (banda passante massima di 6 MHz sul BCK).

Per il DEM reclocking, di fondamentale importanza, dedicherò per intero il prossimo post.

(segue)
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Re: HDAC: Uno sguardo alla pcb

il 1/3/2017, 08:47
Letto tutto d'un fiato...seguiranno un po' di domande wink

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Re: HDAC: Uno sguardo alla pcb

il 3/3/2017, 13:09
Chi ha letto qualcosa sul TDA1541 sa già che è un dac di tipo current segment. La differenza sostanziale tra un dac R-2R e un current segment (da non confondersi con un segmented dac, che è tutta un'altra cosa) è nel modo in cui sono ottenuti i livelli di corrente che rappresentano il peso di ciascun bit. In un R-2R si tratta di resistenze, che vengono collegate o meno a seconda del valore binario in ingresso, tramite switch e porte logiche. Nel TDA1541 le correnti sono ottenute per mezzo di generatori di corrente costante, una soluzione che comporta un utilizzo maggiore di componenti (transistor, principalmente).

In un R-2R (come il PCM1704, ad esempio) la precisione delle resistenze è di fondamentale importanza per mantenere bassa la distorsione ed è necessaria una fase di laser trimmering subito dopo la produzione del chip, in modo da aggiustare le prestazioni e farle rientrare nelle specifiche.

Anche in un current segment è importante che le correnti siano precise, ma nel TDA1541 si è risolto il problema senza intervenire sulla precisione dei componenti, ma tramite un apposito circuito che rende tale precisione molto meno importante. Gli ingegneri della Philips hanno neutralizzato, o se preferite "normalizzato", un aspetto cruciale della conversione D/A risolvendolo by design. Il nome di tale soluzione è Dynamic Element Matching.

Il current segment permette di mantenere bassi i livelli del rumore di commutazione (glitching, in inglese), mentre il DEM rende la conversione quasi immune da problemi di imprecisione. Questi due aspetti, da soli, mettono il TDA1541 qualche gradino sopra tutti gli altri dac multibit.

Inoltre, il processo di fabbricazione di tipo bipolare garantisce meno disturbi sull'alimentazione rispetto al processo universalmente adottato successivamente per tutti i dac, il CMOS.

Il principio su cui si basa il DEM è quello di commutare (scambiare) velocemente (a frequenza ultrasonica) le reti di corrente corrispondenti al peso di ciascun bit, in modo tale che l'eventuale imprecisione di un singolo peso binario si "spalmi" su tutti gli altri livelli (concetto di averaging, o media). In sostanza, con il DEM si trasforma quella che sarebbe una distorsione in un rumore casuale (una sorta di noise shaping) molto meno fastidioso perchè non correlato con il segnale.

Andando un pochino più nel dettaglio, si scopre che nel TDA1541 il DEM coinvolge solo i 6 bit meno significativi (LSB), mentre i restanti 10 sono gestiti da una rete di divisione passiva (composta da multi-emitter transistor, non R-2R, ed è ciò che rende unico il suono di questo dac) e questo spiega perchè intorno ad un TDA1541 trovate sempre un girotondo di 14 condensatori, 7 per canale o per lato: 6 corrispondono al disaccoppiamento di ciascun bit del DEM, e un settimo alla rete divisoria dei restanti 10 bit. Tali condensatori servono a filtrare il rumore generato dalla frequenza di commutazione del DEM, e devono quindi presentare un basso ESR/ESL ad alta frequenza.

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Re: HDAC: Uno sguardo alla pcb

il 3/3/2017, 15:29
Questo è un TDA1541A S2 contornato da voluminosi polipropilene:



Questa è la follia di un modding:


E questo è come dovrebbe essere fatto un decoupling efficace:


La frequenza di commutazione del DEM si colloca tra i 150 e i 300 KHz, il valore esatto non è importante, ed è generata internamente al TDA1541 per mezzo di un oscillatore libero la cui frequenza è determinata dal valore del condensatore collegato ai piedini 16 e 17 dell'integrato (che chiamiamo CDEM). La cosa importante da notare è che tale frequenza è del tutto scorrelata con quella del segnale audio digitale (BCK e WCK) e questo come vedremo ha delle implicazioni notevoli.

A questo punto bisogna fare chiarezza sulla questione del CDEM. Anche se finora ho del tutto ignorato la faccenda, voi sapete che esistono due "versioni" del TDA1541: quella "semplice" e quella con la "A" nella sigla. Il TDA1541 fu prodotto dal 1985 al 1988, il TDA1541-A dal 1989 in poi (fino al 2004, si dice). I due dac sono del tutto identici, e non è mai stato ben chiaro quali fossero le differenze reali tra la prima versione e la successiva. Tutti parlano di un "miglioramento", ma questo non è mai stato supportato dai fatti e nemmeno dalla documentazione della Philips che è sempre stata piuttosto approssimativa al riguardo.

Comunque, andando al sodo, le differenze di cui si legge in rete sono le seguenti:

1) nel TDA1541-A il pin 4 non gestisce più il SCK (system o master clock);

2) nel TDA1541-A il condensatore CDEM non è più incorporato nel chip, ma è esterno collegato ai pin 16 e 17.

Il primo punto è del tutto ininfluente in quanto il SCK non è mai utilizzato con questo chip. La differenza è di tipo pratico: se si disegna una scheda per il TDA1541 e la si vuole rendere compatibile con entrambe le versioni (A e non A) allora è necessario collegare il pin 4 al pin 2, ovvero alimentare con il SCK il TDA1541 che se lo aspetta su quel pin. Avrete già notato che nell'HDAC infatti tale collegamento c'è.

Il secondo punto è quello più controverso. E' indubbio che, forse nei primissimi esemplari di TDA1541, tale condensatore fosse interno al chip. Ma è anche vero che non incapperete mai in un esemplare di TDA1541 con il condensatore interno. Questo perchè fin dall'inizio Philips si accorse che incorporare tale condensatore nel chip gli costava troppo in termini di superficie di silicio (e quindi di denaro) e fu molto solerte ad "esternalizzare" i compiti di tale componente, dedicando i pin 16 e 17 a tale scopo.

Quindi in realtà abbiamo tre versioni di TDA1541:

- TDA1541 con CDEM interno al chip (rarissimi esemplari);
- TDA1541 senza CDEM (quasi tutti i TDA1541);
- TDA1541-A senza CDEM.

Come faccio ad essere sicuro di questo? Intanto perchè ne ho la prova. Ho esemplari di TDA1541 dell'86, dell'87 e dell'88, e NESSUNO ha il CDEM incorporato. Per la verifica è sufficiente far funzionare il dac normalmente, lasciando i pin 16 e 17 scollegati, e controllare con un oscilloscopio la frequenza presente sul pin 16 (o 17). Normalmente, l'oscillatore interno tenderà comunque ad oscillare, sincronizzandosi con la frequenza del bit clock per via delle capacità parassite interne. Altro metodo, ancora più indicativo, è quello di modificare il valore del condensatore su tali pin: variando il condensatore, la frequenza del DEM varia di conseguenza, confermando così che il condensatore esterno è collegato all'oscillatore.

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Re: HDAC: Uno sguardo alla pcb

il 4/3/2017, 12:29
L'altro motivo che mi spinge a credere che la quasi totalità dei TDA1541 non abbia il CDEM incorporato è dentro gli schemi elettrici dei vari cd player costruiti negli anni '80. Questo ad esempio è lo schema relativo alla parte dac del CD670, costruito e commercializzato nel 1987, cioè due anni prima dell'uscita del TDA1541-A:



Le frecce rosse indicano il condensatore CDEM e il nome del chip dac, un misterioso TDA1541P. In realtà, dalle foto della pcb, si può vedere che si tratta di un normale TDA1541, forse la P faceva riferimento a qualche codice interno della Philips (magari per contraddistinguere una versione intermedia, chissà).



Nell'immagine qui sopra si vede l'integrato con il suo codice relativo al periodo di produzione: HSH8705, corrispondente alla quinta settimana del 1987.

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Re: HDAC: Uno sguardo alla pcb

il 7/3/2017, 22:01
Abbiamo detto che la frequenza del DEM (Dynamic Element Matching) può spaziare in un range piuttosto ampio, tipicamente dai 180 ai 300 KHz, e tale frequenza è legata al valore del condensatore CDEM. Il valore che si trova nei primi CD player è di 680 pF, corrispondente al limite più basso in frequenza.

Teoricamente, la frequenza del DEM non dovrebbe avere alcuna influenza sulla qualità percepita in ascolto, e nemmeno sulle prestazioni strumentali, purchè rientri nel range sopra indicato. Il valore più basso, 180 KHz, è legato al valore minimo che consente l'esecuzione di un ciclo intero del DEM per ogni campione del segnale audio. Un ciclo è composto da 4 valori di corrente corrispondenti ad altrettante posizioni dello switch interno che commuta le correnti corrispondenti a ciascun bit. In parole povere, la frequenza del DEM non dovrebbe essere inferiore a 4 * fs, ovvero quattro volte la frequenza di campionamento. Nel caso del CD si tratta per l'appunto di 44.1 KHz * 4 = 176.4 KHz.

Al limite opposto, la frequenza non dovrebbe superare i 350 KHz, pena un aumento della THD alle alte frequenze.
Se non si mette tale condensatore, l'oscillatore interno non funziona e quindi non funziona neanche la rete di commutazione del DEM, con la conseguenza di ottenere in uscita un audio fortemente distorto.

Nei vecchi prodotti commerciali con il TDA1541 i valori tipici del CDEM erano di 680 e 470 pF.

Nella vasta letteratura che riguarda questo dac in rete, il CDEM è stato oggetto di particolare attenzione, in quanto è apparso subito molto chiaro che la qualità sonora fosse in qualche modo legata al valore di tale componente. Per questo motivo si sono scatenati nel corso di più di dieci anni interventi più o meno maldestri su questo condensatore, del quale veniva cambiata la tipologia (per lo più in polipropilene, o anche polistirene) e il valore, di solito più basso dell'originale. Ciò comportava un aumento della frequenza del DEM, con effetti più o meno evidenti. Si è scoperto poi che il circuito interno di commutazione può funzionare fino a circa 3 MHz (lo stesso limite del BCK), ed è per questo che anche il modding più selvaggio riusciva comunque a far funzionare il TDA1541.

All'inizio della mia storia con questo dac, circa due anni fa, ero abbastanza convinto che gran parte del modding riguardante il CDEM fosse solo fuffa, e così mi limitavo semplicemente ad utilizzare un ceramico con il valore di 220 pF, cioè solo un po' più basso del valore canonico ufficiale. La mia visione del mondo cominciò a vacillare quando, per fare dei test, staccai il CDEM e constatai, con le mascelle a terra, che il TDA1541 continuava a funzionare tranquillamente, senza alcun accenno di distorsione. Forse il mio stock di TDA1541 aveva il condensatore interno, dopotutto.

L'analisi con l'oscilloscopio mostrava una situazione completamente diversa. Misurando sui piedini 16 e 17 del CDEM era chiaro che l'oscillatore interno oscillava per simpatia sulla frequenza del BCK: 2.8 MHz.

Senza condensatore, l'oscillatore si "sintonizza" sulla frequenza più alta possibile e si aggancia a quella interna del bit clock, per via delle capacità parassite. L'oscillazione però non è perfetta, ed è anche instabile, e l'ascolto ne risente, con un suono molto "liquido" ed "etereo", diciamo un delta-sigma all'ennesima potenza. grande sorriso A qualcuno potrebbe anche piacere, però.

Questo comportamento non è sempre valido, dipende molto da come è il layout e dallo stesso chip. Può capitare che senza CDEM un determinato esemplare di TDA1541 produca solo distorsione, e basta.

Il fatto che l'oscillatore si agganciasse al BCK era la prova evidente di un fatto incontrovertibile: i segnali digitali e quello prodotto dall'oscillatore interno si influenzano a vicenda, e questo apriva tutta una serie di considerazioni, tra le quali c'era la spiegazione del motivo per cui ad un modding del CDEM poteva corrispondere una variazione della resa sonora di tale convertitore.

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Re: HDAC: Uno sguardo alla pcb

il 7/3/2017, 22:59
Cominciavo a sospettare che una delle cose fondamentali per far funzionare al meglio il TDA1541 fosse quella di scegliere la frequenza più opportuna a cui far lavorare il DEM.

Ma come essere certi di questa teoria, senza entrare nel vortice della soggettività più spinta, con gli ascolti opportunamente scaglionati su varie frequenze del DEM? Avevo bisogno di un riscontro un pochino più "scientifico", che almeno mi spingesse ad iniziare seriamente su questa strada.

E un bel giorno, scorrendo tra le varie documentazioni tecniche su internet, mi sono imbattuto in questo:



Si tratta dello schema elettrico relativo alla parte di conversione del cd player Grundig CD-9009 Fine Art, un top di gamma del 1990. Ehi, ma in quello schema il CDEM non c'è! Al suo posto troviamo ben quattro componenti, tra i quali una resistenza, due condensatori, e uno zener.

Cosa spinge degli ingegneri a sostituire un componente per mettercene ben quattro, quando di solito fanno il contrario per contenere i costi? Se la Grundig si era mossa in tal senso (senza nemmeno metterlo nel depliant!), era certamente perchè i progettisti avevano la consapevolezza di un problema rognoso, quello dell'interferenza del BCK con il DEM.

Un problema potenzialmente in grado di oscurare almeno in parte le capacità sonore del TDA1541, per la cui soluzione valeva la pena di aggiungere 3 componenti in più alla part list.

Successivamente, mi sono imbattuto pure in un documento della stessa Philips, nel quale si mostrava la possibilità di pilotare la rete DEM con un segnale esterno piuttosto che con l'oscillatore interno, documento che però non riesco più a trovare e che quindi non posso allegare qui. Se lo ritrovo, lo aggiungo.

Questi documenti erano la conferma che cercavo, e che potevo cominciare a fare dei primi test sul DEM reclocking.

Ma prima di tutto, c'era un test ancora più semplice da effettuare: se l'oscillatore interno e il BCK si influenzavano reciprocamente per via delle capacità parassite, allora una frequenza del DEM più bassa avrebbe dovuto, teoricamente, minimizzare il problema. Quindi un CDEM di valore più alto doveva (sempre in teoria e se il problema dell'interferenza era reale) portare ad un ascolto migliore rispetto al valore standard. E quindi ho proceduto alla sostituzione del CDEM da 220 pF con uno da 1000 pF. Con tale valore, la frequenza dell'oscillatore si collocava intorno agli 88 KHz, e quindi era ben al di fuori del range ideale per la rete DEM. Ma era anche talmente bassa da minimizzare l'influenza delle capacità parassite... e quindi il test era la prima cosa da fare.

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Re: HDAC: Uno sguardo alla pcb

il 8/3/2017, 09:25
Lavoro e documentazione impagabili!!  popcorn
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Re: HDAC: Uno sguardo alla pcb

il 9/3/2017, 10:40
Interessantissimo e illuminante, grazie Alex!!  bowdown
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Re: HDAC: Uno sguardo alla pcb

il 14/3/2017, 22:54
La sostituzione del CDEM con uno da 1 nF (ovvero circa il doppio del valore corretto) andava al di là delle mie aspettative: il carattere del TDA1541 era cambiato in positivo, tutto era più netto e preciso, la gamma bassa più incisiva. Ecco, laddove il TDA1541 non aveva mai brillato erano proprio i bassi, ma le cose ora erano diverse. Non sembravano esserci neanche controindicazioni evidenti, forse si perdeva un po' di fluidità in gamma alta, ma questa modifica in fondo era la benvenuta in quanto donava carattere al dac, e lo rendeva meno anonimo e piatto.

Ma come si spiegava tutto questo? Una delle risposte che ci fornisce la letteratura su internet riguarda la stabilità del bit clock e, in definitiva, parla di jitter. La frequenza di oscillazione del DEM (fDEM) e il BCK si influenzano a vicenda, abbiamo detto prima, per via delle capacità parassite, e una fDEM più bassa (per via del CDEM maggiorato) si propaga con meno facilità e interferisce meno con il BCK.

Da questo punto di vista, minore è la frequenza del DEM e minore è l'interferenza, e quindi si potrebbe pensare di aumentare ancora il valore di CDEM portandolo, ad esempio, a 2 nF. Purtroppo però c'è un limite oltre il quale non si può andare. Innanzitutto perchè sappiamo già che la rete DEM deve essere commutata con una velocità sufficiente per svolgere bene il proprio lavoro, e sappiamo che tale velocità deve essere almeno quattro volte la frequenza di campionamento. Ma soprattutto, se la fDEM diventa inferiore al doppio della fs ci ritroviamo con i disturbi del DEM in banda audio, peggiorando così il rapporto S/N e in definitiva la qualità audio.

Diciamo che il limite in basso dei 90 KHz per il DEM è un limite invalicabile. Ma c'è un altro problema. Finchè il dac è usato per riprodurre brani a 44.1 KHz, 90 KHz di fDEM sono anche accettabili. Lo diventano meno se si riproducono brani ad una fs superiore, ad esempio 88.2 KHz. E' chiaro quindi che tale soluzione va bene solo per brani da CD, a 44.1 KHz.

Ricapitolando, abbiamo due esigenze contrastanti: da una parte la teoria dello statistical averaging ci dice che la frequenza del DEM deve essere la più alta possibile e scorrelata con il segnale digitale, dall'altra, proprio per il fatto di essere scorrelata, essa può interferire con il BCK e aumentare il jitter e per questo motivo dovrebbe essere abbastanza bassa da non propagarsi troppo facilmente all'interno del chip.

La soluzione non è quindi quella di modificare il CDEM. Anche se, in particolari e fortunati casi può succedere che la fDEM capiti abbastanza vicina ad un sottomultiplo del BCK e per questo motivo l'oscillatore si sincronizzi con il BCK. Se questa cosa succede, essendo le frequenze sincronizzate, la fDEM non contribuisce più all'aumento del jitter, diventando completamente innocua. Tale condizione è stata verificata sperimentalmente collegando al posto del CDEM un compensatore (cioè un condensatore variabile) e regolando la fDEM durante la riproduzione: in alcune posizioni ben definite la fDEM si aggancia ad un sottomultiplo del BCK e il carattere sonoro del TDA1541 cambia completamente.

Cominciamo a capire le motivazioni su cui si basa la soluzione per il DEM adottata dagli ingegneri della Grundig nel CD9009.

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Re: HDAC: Uno sguardo alla pcb

il 14/3/2017, 23:50


Dallo schema del CD9009, si può vedere che il word clock (sullo schema indicato con WS) viene iniettato nel piedino 16 del dac tramite R500 e C515. Il condensatore C500 sul pin 17 serve a tenere bloccato l'oscillatore interno, mentre lo zener, insieme a R500 e C515, fa da level shifter, in modo da adattare il segnale WS e renderlo idoneo al pilotaggio della rete DEM.

Il WCK è ovviamente sincronizzato con il BCK, e quindi pilotando la rete DEM con tale segnale si ha la sincronizzazione necessaria ad evitare un aumento del jitter. Essendo il CD9009 un 4x oversampling, il WCK corrisponde a 44.1 x 4 = 176.4 KHz, e quindi la frequenza è perfetta per il pilotaggio del DEM.

Il nostro HDAC però è un dac NOS (non oversampling) e la frequenza del WCK è uguale a quella di campionamento, che può quindi spaziare dai 44.1 KHz del formato CD ai 96 KHz che sono il limite massimo attualmente digeribile dal dac.

E' evidente che nell'HDAC il WCK non può essere utilizzato per il DEM reclocking. Per risolvere il problema, è necessario partire dal BCK e usare un divisore di frequenza per ottenere un segnale sincronizzato di frequenza adatta. Ed è proprio ciò che è stato fatto nell'HDAC. L'integrato IC8 nella zona C è un 74VHC4040, un contatore binario a 12 stadi che assolve perfettamente allo scopo. IC8 riceve al suo ingresso sul pin 10 il BCK e dal suo pin 5 lo ritroviamo diviso per 16. Se ad esempio riproduciamo un brano con 44.1 KHz di fs, il BCK corrisponde a 2.8224 MHz, che diviso 16 diventano 176.4 KHz, esattamente la frequenza utilizzata nel CD9009. Con brani a fs più alta, la frequenza in uscita da IC8 sarà corrispondentemente più elevata, adattando così la velocità della rete DEM alla frequenza di campionamento.

Lo schema impiegato nell'HDAC, relativamente al level shifter, è uguale a quello del CD9009, perchè questo si è dimostrato quello più bensuonante rispetto alle altre soluzioni di DEM reclocking adottate di solito e che ho testato. Tra l'altro, credo che l'HDAC sia l'unico dac NOS ad utilizzare la soluzione Grundig e contemporaneamente il BCK come riferimento.

(segue)
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Re: HDAC: Uno sguardo alla pcb

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