Diatonica v.20 – реализация PCM/DSD цифро-аналогового преобразователя на FPGA и дискретной логике.

Основная проблема цифрового звука с момента его появления – это непонимание проблемы влияния джиттера на звучание. Джиттер может возникать как при записи или мастеринге так и при воспроизведении. И он способен и в том и в другом случае полностью убить звук. Проблемы качественной записи и мастеринга – на совести студий, а вот проблемы воспроизведения – как раз тот вопрос, который мне наиболее интересен. Дело в том, что как выяснилось, хороших записей достаточно большое количество, а вот устройства воспроизведения либо безумно дорогие, либо за редким исключением весьма посредственны. И причины этой посредственности по большей части кроются как раз в недостаточном внимании разработчиков к проблеме фазовых шумов и джиттера.

Для снижения фазовых шумов в 15й и 18й версиях был принят набор мер, включающий в себя применение малошумящих стабилизаторов питания, пересинхронизацию на логике с низкими фазовыми шумами, оптимизацию фазовых задержек сигналов, применение подходящих развязывающих емкостей. Но есть одна проблема, которую не решить, если мы используем готовые микросхемы преобразователей, неважно, AKM это или ESS. Эта проблема – собственные фазовые шумы типа логики, использованного при производстве микросхемы.

Что значит “собственные фазовые шумы”? В тактовых генераторах используются специально разработанные серии логики, имеющие фазовые шумы на несколько (sic!) порядков ниже, чем обычные серии, например ACT. Для того, чтобы получить низкое значение фазовых шумов в интересующем нас интервале, это, скажем, 20Гц-20КГц, нужно использовать именно такую специально разработанную логику, а не обычную. Обладают такой технологией далеко не все производители. Дело в том что такая логика – это в первую очередь техпроцесс, технологии и материалы, из которых изготовлены транзисторы, токи транзисторов, легирование и другие тонкости и секреты.

Затем, внутренности микросхемы – это черный ящик. О том, как организована логика внутри схемы, можно строить предположения, но точной информации нет. Однако, по некоторым признакам поведения схемы можно например понять, что внутри есть пересинхронизация или буферы. Это означает что тактовый сигнал проходит через несколько буферов или d-триггеров, что соответствующим образом ухудшает характеристики тактового сигнала. Если микросхема построена на обычной серии логики, то фазовые шумы в ближней зоне могут запросто вырасти на эти самые несколько порядков.

Все было б не так плохо, если бы микросхемы ЦАП производились с применением подходящих серий логики с низкими фазовыми шумами. Но тут возникают некоторые трудности. Одна из них в том, что произвести весь кристалл по такому техпроцессу слишком затратно, к тому же его площадь будет неоправданно большой. Другая в том, что многие производители аудиочипов ЦАП – это fabless компании, а заказать контрактное производство микросхемы на такой логике или слишком дорого, или нет технической возможности. Те же производители, у которых есть собственное производство, либо не обладают технологиями, либо экономят, либо попросту не придают большого значения этому вопросу. В общем, на рынке пока что нет микросхем цифро-аналоговых преобразователей для звуковоспроизводящей аппаратуры, у которых бы было заявлено использование специальных серий логики с низким значением фазовых шумов.

В общем, принимая во внимание все эти моменты, было принято решение изготовить пробную макетную плату с достаточно простой технологией, это дифференциальный аналоговый FIR фильтр на 8 отводов, сигнал на которых формирует логика со сверхнизкими значениями фазовых шумов, которая в свою очередь тактируется напрямую генераторами с низким значением ФШ в ближней зоне.

Когда плата была собрана и отслушана…

Leave a Reply

Your email address will not be published.