Analogni signal generator za audio primene - Idemo dalje/više/bolje

[Macola]

A šta ćemo sa kvantizacionim šumom: 12 bita -> SNR od -72dB?

Pa i on bi trebalo da se istovremeno sa obe strane pojavi na diferencijalnom pojačavaču, koji bi sve što je isto ignorisao.
Bar mislim da bi trebalo tako da bude...

[Braca]

Ne vidim potrebu za perfektnim sinusom, DAC će ti davati sinus u skladu sa svojim karakteristikama. Obzirom na kasnije oduzimanje dva sinusna signala iste amplitude i istih tačaka konverzije po vremenu, odstupanja se poništavaju.

[mikikg]

I druga mnogo bitna stvar, kada se to upravljanje a i merenje prebaci u vremenski zavisne parametre koji mogu da upravljam, meni se mnogo vise isplati da napravim neku kombinaciju faznog dektektora i "null detektor" tako da mogu iz programa ne da merim sa ADC nego da generisem vrlo precizno neke frekvencije i da imam komparator koji mi kaze e sad su te vrednosti izjednacene i ja onda ocitam to iz programa!!! To su bar meni zanimljivi koncepti

[Braca]

A šta ćemo sa kvantizacionim šumom: 12 bita -> SNR od -72dB?

Pa i on bi trebalo da se istovremeno sa obe strane pojavi na diferencijalnom pojačavaču, koji bi sve što je isto ignorisao.
Bar mislim da bi trebalo tako da bude...

Pojaviće se, ali nije sigurno da će ta dva signala biti korelisani, a još manje istovetni. Teorija tretira kvantizacioni šum kao beli, dakle nekorelisani, pa je njihova razlika takodje beli šum.
Nisam nikada radio takvo merenje i zato se oslanjam na teoriju. Videću da li mogu da improvizujem neki eksperiment sa audio karticom na vrlo niskom naponskom nivou.

[mikikg]

I samo jos ovo i necu vise, pazite opet Si5351, njemu ako kazem generisi na izlazu (pravougaoni) signal frekvencije 100'000'000.0 Hz i kazem mu generisi na drugom izlazu 100'000'000.1, ako se ta dva signala dovede u fazni komparator, izlaz iz tog komparatora mora da bude fantastican sinus frekvencije 0.1Hz!!! Ne gresim? Sampling je na 100MHz, ne mora ni da se filtrira, "paraziti" ce da pojedu harmonike

[Braca]

I druga mnogo bitna stvar, kada se to upravljanje a i merenje prebaci u vremenski zavisne parametre koji mogu da upravljam, meni se mnogo vise isplati da napravim neku kombinaciju faznog dektektora i "null detektor" tako da mogu iz programa ne da merim sa ADC nego da generisem vrlo precizno neke frekvencije i da imam komparator koji mi kaze e sad su te vrednosti izjednacene i ja onda ocitam to iz programa!!! To su bar meni zanimljivi koncepti

Miki, rezultat oduzimanja signala na dif. pojačavaču je skup harmonijski povezanih sinusoida jer je osnovni signal najvećim delom eliminisan (čak i ako je četvrtka), pa ostaju samo više harmonike. Njih moraš da meriš A/D konvertorom da bi mogao da dobiješ njihove pojedinačne nivoe, a odatle THD.
Može da se meri i RMS reziduuma (tako su radili i mnogi vrlo skupi analizatori) i tako dobije THD, ali je spektar bitna informacija jer se u njemu vide pojedinačne harmonike i šum.
THD bez dopunskih informacija o reziduumu je vrlo slaba informacija.

Pozdrav

[Macola]

Miki,
Ideja je vrlo zanimljiva i vredi je probati.

Braco,
Trebalo bi da oba DAC imaju vrlo precizne diskretne nivoe i pod uslovom da se ujednače faze DUT i Reff, trebalo bi da budu korelisani pošto se sinhrono snabdevaju.
Vredi ipak probati i izmeriti jer tu uvek može biti nekih zamki.

[Braca]

Maki, u idealnom slučaju je tako, ali bih voleo da to vidim izmereno.

[mikikg]

Hehe, ovo samo da vam pokazem kako su mi kinezi "ispunili zelju" sa Si5351!
Zar ovo nisu prakticno iste plocice (ne racunam MCU) ?
Jel' sam im "ostavljao sheme i plocice" na izvolte?
I napravili na kraju

Hehe, za ove otpornike 000 "nisu skontali" cemu sluze, izbacili su, nema veze, moze i bez njih ... Inace sluze sa ublazavanje EMI u GHz opsegu ...

[Braca]

Za one koji se interesuju za oscilatore najviše klase, na velikom forumu je objavljena šema oscilatora kojio je razvio poč. David Barber (@davada):
https://www.diyaudio.com/forums/equipmen...21184.html
Osnova ja SVO (State Variable Oscillator) i to je najjednostavniji deo uređaja, a najkomplikovaniji deo čini sistem za održavanje konstantnog izlaznog napona.

Pozdrav

[Gosha]

Za one koji se interesuju za oscilatore najviše klase, na velikom forumu je objavljena šema oscilatora kojio je razvio poč. David Barber (@davada):
https://www.diyaudio.com/forums/equipmen...21184.html
Osnova ja SVO (State Variable Oscillator) i to je najjednostavniji deo uređaja, a najkomplikovaniji deo čini sistem za održavanje konstantnog izlaznog napona.

Pozdrav

Nesto slicno je uradio i S.Groner, a HP je taj koncept ALC-a usvojio jos odavno u modelu HP8309.

[Braca]

Tako je - kineski SVO s FET-om kao izvršnim elementom može se na fiksnoj frekvenciji uz manje izmene dovesti na THD od -120dBc.
Posle toga postaje jako teško, a krajnju granicu određuje upravo linearnost tog izvršnog elementa.

[Braca]

Nešto sam petljao s kineskim oscilatorom s eBay-a, pa evo najnovijih rezultata (objavljeno na velikom forumu, a ovde ponavljam za naše članove koji tamo nemaju registraciju).

Kao prvo, sredio sam ga i dobio već u toj verziji veoma lepe rezultate (prvi prilog).
Koristeći eliminacioni (notch) filter i LNA sa 60dB pojačanja, dobijam na 1kHz pri izl. naponu iz oscilatora of 2,5Vrms treći harmonik (dominantna nelinearnost) od -132dBc (referenca je napon od 2,5Vrms), što je za cenu od oko 20 evra više nego pristojan rezultat.

Kada na izlaz iz oscilatora postavim LP filter 2. reda s LME49710 kao aktivnim elementom, drugi harmonik nestaje ispod praga šuma, a treći je oslabljen za preko 20dB, kao što teorija predviđa.Tako za manje od 10 evra dodatka dobijamo oscilator s THD ispod -150dBc (v. drugi prilog).

Varijanta LP filtera s kompozitnim pojačavačem Groner/Polak podiže prag šuma za 6dB i u konkretnom slučaju predstavlja slabije (i skuplje) rešenje.
Poznato je da u zavisnosti od primenjene topologije, aktivni filteri mogu značajno da povećaju THD (čak i za 70dB), ali ova realizacija "kažnjava" sa samo 13dB (provereno teorijskim proračunom i simulacijom u LtSpice), što 49710 ili neki sličan op-amp može da podnese.

Na ovoj osnovi je moguće zamisliti vrlo kvalitetan izvor signala za testiranje audio opreme, koji bi se sastojao od tri oscilatora s fiksnom frekvencijom (1kHz za standardno merenje THD, i još po jedan na 18 i 19kHz za merenje IMD), ukupne cene od oko 150 evra + kutija.

Pozdrav

[ronovar]

Odlično.

Baš me raduje napredak..jel se planira kakva shema napraviti toga što se testiralo...i polako dio po dio crtat shemu pa da dobijemo unaprijeđeni FG bez sijalica? Ovo izgleda jako lijepo...samo nevidim koliko mu treba sec da se smiri sinusoida?

[Braca]

LP filter je u prilogu.

Što se oscilatora tiče, nisam zadovoljan kolom za ALC, pa sam još pre tri godine kupio par praznih kineskih pločica i imam nameru da isprobam neke svoje ideje. Cilj bi bio da THD još spustim.
Inače, po uključenju, oscilator se smiruje posle oko jedne sekunde. Izmeriću i okačiti rezultat.

Međutim, ovde se radi o oscilatoru s fiksnom frekvencijom (šema u prilogu). Ako se želi promenljiva frekvencija, komplikacije idu na treći stepen: kontinualna promena ne ide uopšte, a diskretna znači preklapanje kondenzatora, otpornika i vremenskih konstanti u kolu ALC. Kako to može da izgleda (oscilator je istog tipa - SVO), može se videti ovde:
https://web.archive.org/web/201211260352...hd/thd.htm

Pozdrav

[Braca]

Evo jednog lepog rezultata koji spada i u temu koju je HMAP pokrenuo, ali je zbog kontinuiteta bolje da ostane ovde.

Nekim izmenama u kolu ALC, izmenom op-ampova i zaista filigranskim podešavanjem (tri trimera, v. sliku), THD kinesk0g oscilatora s eBay-a je sišao ispod -140dBc (konzervativan račun). Ovaj rezultat je postignut bez LP filtera na izlazu iz oscilatora .
Umesto dva 4562, sada je u oscilatoru jedan OPA1656 i jedan OPA2156 (nemam po dva ista na adapteru).

Spektar u prilogu pokazuje 2. i 3. harmonik tek nešto iznad praga šuma, a sedmi ne pripada oscilatoru - on mi se uvek pojavljuje kada u okruženju imam jače smetnje. Osnovni signal je "notch" filterom potisnut za oko 100dB.
Uzimajući u obzir pojačanje LNA od 60dB, ta dva harmonika se nalaze ispod -170dBFS, a uzimajući u obzir slabljenje filtera (-10dB za drugi i -6dB za treći harmonik), i nivo osnovnog signala od -6dBFS, drugi harmonik je na -154dBc, a treći takođe u blizini te vrednosti, pa račun daje za 3dB slabiji rezultat, odn. -150dBc.
Međutim, ja radije odbijam još 10dB jer na tako niskim nivoima treba pojedinačne doprinose ukupnom šumu drugojačije (tačnije) računati, a taj algoritam tek treba da napravim.
Pored toga, moj "notch" filter nije optimalan po pitanju šuma, sledeća verzija će biti bolja za 6dB.

Vreme smirivanja amplitude je sada duže: nisam merio, ali je sigurno duže od 3 sek. To nije problem jer se radi o oscilatoru s fiksnom frekvencijom.

Međutim, ma koliko da me ovaj rezultat raduje, to nije kraj puta. Činjenica da sam do njega došao posle više od pola sata podešavanja i da je sada dovoljno samo malo zakrenuti najkritičniji trimer pa da se taj rezultat pokvari i za 20dB, znači da su u kolu ALC potrebne suštinske izmene.
Sledeći korak je lemljenje oscilatora bez ALC sklopa, a onda na posebnoj pločici isprobavanje nekih ideja za robustniji i tačniji sklop (max. jedan trimer za podešavanje radne tačke).

Pozdrav

[Braca]

Ključni problem kod analognih RC oscilatora je stabilizacija nivoa generisanog signala.

U principu, kolo za stabilizaciju nivoa se sastoji od detektora napona (RMS ili amplituda), pojačavača greške (željena vrednost - trenutna vrednost), koji se može smatrati i PI regulatorom, i izvršnog organa, tj. elementa koji deluje na oscilator u cilju promene pojačanja.
Kvalitet regulacije određuju prvi i treći element: detektor i izvršni organ.
Detektor mora biti u stanju da "izmeri" napon i izvrši pogodno osrednjavanje (nije nam cilj da regulišemo napon u svakoj periodi), dostavi ga poj. greške, a ovaj onda menja otpor izvršnog elementa u cilju promene pojačanja. Idealan izvršni element (obično FET ili LDR) ima linearnu zavisnost između otpora i dovedenog upravljačkog napona.
U jednostavnijim sklopovima kao detektor služi jedna ili dve diode, a osrednjavanje ispravljenog napona (pulzacija) se vrši u poj. greške.
Kod oscilatora s lampom, sve tri napred pomenute funkcije su integrisane u jednoj komponenti, naime lampi.

Sa aspekta izobličenja, detektor napona predstavlja najkritičniji element. U upotrebi su već pomenuti diodni ispravljači, konvertori RMS u DC, sample-and-hold kola (S/H) i detektori amplitude (peak detector). Cilj je da na izlazu iz detektora dobijemo što manje preostale AC komponente (ripple), a istovremeno imamo i dovoljno brz odziv na poremećaj izlaznog napona. AC komponenta se obično otklanja RC filtriranjem (pasivnim, aktivnim ili njihovom kombinacijom), ali se zbog toga usporava odziv i oscilatoru su potrebne sekunde da se stabilizuje. Kola sa S/H su brza, ali komplikovana (Groner), a za vrhunski rezultat je verovatno potrebna kombinacija ADC/DAC (oscilator @davada na velikom forumu).

Pored S/H kola, detektor amplitude se može napraviti i pomoću komparatora. Ta kola su opisana u DS za LM311, odn. LT1011, vrlo su jednostavna, i bila su par puta pomenuta i na velikom forumu.
Simulaciju sam uradio još prošle godine i pri tom video da ima špicastih signala, što bi u odnosu na RMS detektor zahtevalo dodatno filtriranje.
Međutim, juče mi je pao na pamet filter koji se u audio tehnici retko koristi, ali je u mernoj tehnici dobro poznat - filter s komutiranim kondenzatorima (switched-capacitor filter, SCF), jedna kombinacija digitalne i analogne tehnike. Prvi takav filter sam napravio davne 1991. godine i to na dve euro-pločice sa po osam kanala, i obe su još uvek ispravne.

Prelomna frekvencija SCF-a je određena frekvencijom takta, koja je obično 50 ili 100 puta viša od frekv. filtera. Znači, ako nam treba LP filter od 1kHz i koristimo, recimo, LTC1067, na ulaz takta mu dovodimo TTL četvrtke od 100kHz, Ako takt smanjimo na 50kHz, filter vrlo brzo dobija koleno na 500Hz, itd. Taj filter, dakle, može da prati frekvenciju oscilatora ako se generator takta napravi kao multiplikator frekvencije oscilatora.
Da ne ulazim u detalje, osnovni pojmovi o tim filterima su objašnjeni ovde:
https://www.analog.com/media/en/technica.../an40f.pdf

Ovde ću prikazati rezultate simulacije dvofaznog detektora amplitude s dva LT1011 (jedan "hvata" negativnu poluperiodu, a drugi invertovanu pozitivnu, tako da u svakoj periodi merim obe polovine sinusa) i SCF kolom LTC1067. Nominalna frekvencija filtera je 1kHz, takt SCF-a 100kHz, pa se očekuje potiskivanje AC komponente od 2kHz (dvostruko "ispravljanje") od oko 50dB.
Prvi prilog pokazuje izlaz iz komparatora (16mVpp), filtriran vrem. konstantom od 4,7ms (1oK/0,47uF), a drugi taj signal na izlazu iz LTC1067 (10uVpp, odn. -64dB). 

Za ilustraciju, na gejtu FET-a u kineskom oscilatoru imam amplitudu regulacionog signala od 20mV!

SCF nisu bez mana, ali to je druga tema, ali samo da napomenem, ti problemi su u konkretnoj aplikaciji lako rešivi.
Jedina nevolja je što u kući nemam ni jedan od tih filtera, a u prošlu sredu mi je već došao paket od Digikey-a. Što se ne setih ove stvari prošlog vikenda, sada bih već lemio prototip .

Pozdrav

[Gosha]

https://www.digikey.com/number/en/maxim-...7400/53312

[Braca]

Hvala Goša!

Poznati su mi ovi filteri, vrlo su jednostavni za upotrebu, ali idu samo do 10kHz.
Doduše, bili bi dobri za testiranje koncepcije, a krajnja ideja je filter koji prati oscilator do nekih 100kHz. Koliko znam, takve filtere danas pravi samo LT.
Kod klasičnih rešenja se to postiže preklapanjem otpornika i kondenzatora u poj. greške, a ovde bi bio potreban samo multiplikator frekvencije od 100 puta.

Najveća sekiracija mi je što u stanu u Kg imam osmokanalnu pločicu kojoj treba samo napajane i takt.
Drugu sam još pre više od pet godina poklonio kolegama s mog bivšeg fakulteta jer su akviziciju podataka na jednom mernom stolu vršili bez AA filtera, dao im dokumentaciju i objasnio upotrebu, ali je do današnjeg dana nisu upotrebili .

Pozdrav

[Braca]

Društvo, koga interesuje odličan ocilator koji je 2011. razvio Jim Williams (regulacija optokuplerom), na donjem linku može da nađe fabrički dokument:
https://www.diyaudio.com/forums/equipmen...52831.html

Pozdrav