Jipihorn's Blog

juin 10, 2014

Analyse des défauts du DAC à base de ES9018

Filed under: Electronique, Fondamentaux, Test & mesure, Vidéo Blog — jipihorn @ 7:55

Quelques hypothèses et recherche de la cause des défauts mis en évidence lors du précédent épisode, puis quelques expérimentions.

Jipi.

17 commentaires »

  1. Coucou !

    Bien joué, c’était donc ça.

    Sinon,

    La sortie d’un DAC R2R est égale à Vref * code. Le code est le nombre que le DAC convertit en tension, et qui contrôle la commutation des diviseurs R2R.
    Tous les DAC R2R sont des « multiplying DAC » c’est-à-dire que la sortie est proportionnelle à la référence.
    Certains sont explicitement vendus pour ce rôle (dans ce cas la bande passante de VRef est spécifiée, et on peut s’en servir comme potar analogique). D’autres ne sont pas dédiés à ce rôle (dans ce cas on essaie de filtrer le VRef pour qu’il soit bien stable, comme en audio).

    Pour un DAC 1-bit à sortie différentielle, c’est la même chose, la sortie est égale à VRef multiplié par +1 ou -1.

    Chaque sortie du 9018 comprend 64 DACs 1-bit (en gros 64 buffers avec une impédance de 800ohms*64 chaque) par polarité. Le modulateur crache des mots de 6 bits, qui sont convertis en code thermomètre, et drive les 64 buffers de sortie, ce qui nous donne un DAC 6 bits (par polarité) qui sort … VRef * code.

    Tous les DACs effectuent une multiplication entre une référence analogique et un code numérique… sans référence analogique pas de conversion… bon, la référence n’est pas toujours une tension, ça peut être un courant, ou une charge stockée dans une capa, etc…

    Bref, quand il y a multiplication en amplitude, il y a convolution dans le domaine des fréquences, ce qui donne le spectre que tu mesures.

    Attention, ça n’a rien à voir avec le jitter …

    Le jitter créé des sidebands (les pics à côté de ton pic de 1kHz) qui sont proportionnelles à la dérivée du signal.
    La modulation dont on parle ici créé des sidebands qui sont proportionnelles à l’amplitude du signal (pas la dérivée).

    Donc si tu testes à 1 kHz et à 10kHz par exemple, comme l’amplitude des sidebands ne va pas bouger, le jitter est éliminé de la liste des suspects…

    Ah, oui, aussi, contrairement à ce que tu dis le 9018 n’élimine pas le jitter sur son MCLK (c’est impossible), mais il élimine le jitter sur l’entrée I2S ou SPDIF (avec une méthode ultra ingénieuse qui rééchantillonne le signal dans le domaine d’horloge local qui est supposé propre). Donc il faut une bonne horloge locale. Enfin, pas un truc de dingue, un crystek au final, c’est 50% du prix du 9018, donc ça reste raisonnable. Si on met un oscillateur à 1$, un ES9023 à 1$ serait un choix plus cohérent…

    Mais c’est triste pour les mecs qui vendent des câbles SPDIF mystiques assemblés par des vierges suédoises une nuit de pleine lune, parce que le jitter amené par le SPDIF, lui, il passe à la trappe. Et c’est ça qui est bien.

    Commentaire par Pierre — juin 10, 2014 @ 7:30

  2. oh mon dieu plus de bruit de ventilo🙂

    Commentaire par panda — juin 11, 2014 @ 12:21

  3. Encore une très bonne vidéo qui démontre qu’un DAC est très peu réjecteur des bruits d’alimentation et donc que sa tension de référence est critique. Mais il resterait à trouver l’origine des résidus HF qui sont tout aussi importants en niveau. Le problème rencontré avec l’ES9018 à cause d’une alim inadaptée, ne se retrouve pas sur l’ES9023 pourtant bien plus « simple ». Quel est donc le schéma de l’alim de la tension de référence de l’ES9023?

    Commentaire par FRANCIS LIBRE — juin 11, 2014 @ 6:55

  4. Merci beaucoup pour cet épisode extrêmement intéressant !

    Je mets un lien vers un autre schéma de régulation de la tension de référence évoqué dans un papier de Bruno Putseys présenté à la 114ème convention de l’AES en 2003. Ce schéma est présenté p. 4, partie 6 : http://www.grimmaudio.com/whitepapers/discrete%20ad%20converter.pdf

    Est-ce que ce schéma fonctionnerait aussi bien que celui proposé par ESS ?

    Commentaire par Scytales — juin 11, 2014 @ 8:12

  5. Le 9023 n’a pas de vref, elle semble être interne et découplée par une capa en pin 6.
    Par contre ce qui est étrange, c’est qu’il ne dispose que d’une seule alim. , analogique, mais bien de 2 GND.
    Dans le cas du sujet, je ne comprend pas trop comment on peut avoir un vref avec une ronflette vu qu’il est censé ne rien consommer et donc q’un simple filtrage (même sans résistance) devrait en venir à bout.
    Mais l’on voit aussi que l’ alimentation linéaire n’est pas toujours LA solution en audio.

    Commentaire par Thierryvalk — juin 11, 2014 @ 9:14

  6. Bonsoir Jipi,
    Merci pour cette excellente vidéo, une de plus.
    Vu le niveau de la fondamentale par rapport aux raies créés par le défaut de V ref, cela s’entend t’il ?
    Avec de la musique, il y aura une multitude de raies créés car ce n’est pas une porteuse pure, mais toujours très inférieur en niveau, même quand le niveau sonore est faible ou ces raies sont constantes en niveau ?
    Encore bravo pour votre pédagogie.
    Patrick

    Commentaire par Patrick — juin 11, 2014 @ 11:08

  7. Une entrée VRef consomme car les topologies internes sont souvent en courant – Le cas ESS avec sa tripotée de DACs 1 bits internes sont en superposition de courant (ils s’additionnent). Ces DACs consomment 30mA par canal environ, dépendant de la fréquence de travail. Certains DACs plus anciens consomment peu, mais mêmes les version R-2R consomment car ils ne peuvent pas avoir des résistances internes trop grandes pour des raisons de bruit. Les Delta-Sigma c’est beaucoup plus tordu vu le nombre pas possible de topologies différentes. L’ESS est vraiment spécial et ne correspond pas vraiment à la description extrêmement simplifiée de la vidéo. Mais je pense que l’effet intervient dans la partie purement modulation interne à ce DAC qui mélange un DAC 6 bits « conventionnel » superposé à une modulation Delta Sigma.

    J’ajouterais que selon le type de modulation Delta-sigma et des stratégies, l’ondulation de VRef peut ne pas créer d’interférences sur les positionnements temporels des commutations, mais juste du bruit sur les plateaux. Dans ce cas, l’effet visualisé est différent. L’ESS est un cas à part avec ses stratégies de prédiction et d’ASRC dans le trajet qui le rend même robuste sur du jitter de master clock (sans en être immunisé comme j’aurais pu le faire penser dans la vidéo). Changer d’un quartz de super bas de gamme à un crystek à 20€ ne produit absolument rien de détectable.

    J.

    Commentaire par jipihorn — juin 12, 2014 @ 7:29

  8. OK, confusion entre les mots Vref et AVCC; je pensais que l’ES9018 avait une référence externe.
    Et à lecture du datasheet c’est bien AVCC qui semble être utilisé directement comme Vref.
    Au contraire du 9023 qui utilise une Vref interne issue du AVCC avec capa de découplage.

    Commentaire par thierryvalk — juin 12, 2014 @ 9:35

  9. coucou,

    > selon le type de modulation Delta-sigma et des stratégies, l’ondulation de VRef peut
    > ne pas créer d’interférences sur les positionnements temporels des commutations,
    > mais juste du bruit sur les plateaux

    Normalement, ça ne créé pas de jitter (« interférences sur les positionnements temporels »)

    Simplement le signal en sortie est multiplié par Vref donc le spectre de Vref se retrouve convolué à celui du signal de sortie attendu (comme sur tes courbes).

    J’ai une plaque en cours pour mesurer la consommation dynamique du AVCC du 9018. Il faut que j’écrive le code, c’est chiant.

    En théorie la consommation est constante … si l’étage IV a une impédance d’entrée nulle.

    Dans le cas contraire (par exemple en mode tension), la consommation sur AVCC est proportionnelle aux harmoniques du signal, donc c’est gênant. Si l’impédance de sortie du régulateur AVCC est élevée ça peut causer problème.

    J’aimerais bien mesurer ça. Je te tiens au couant…

    Commentaire par Pierre — juin 12, 2014 @ 4:04

  10. D’après ce que j’ai pu voir (en faisant une FFT sur l’alim en fonctionnement), il y a rien d’autre que le résidu normal. Il semblerait que ça marche comme prévu (ce qui serait dommage, vu que ça fait partie de leur affirmations). Je vois pas comment ils pourraient garantir leurs performance si les courants ne sont pas distribués correctement pour éviter les glitchs de commutation.

    Par contre, si les positionnements du modulateur sont modulés dans le monde temporel, c’est par définition un jitter corrélé et ça se voit aussi comme des bandes latérales. Tout dépend si il fixe son rapport cyclique iniquement sur la valeur binaire à reproduire ou si il ajoute à ça une correction par prédiction (ce que je pense qu’il fait, ce que je nomme comme « une condition de commutation »). Le problème avec l’ESS c’est qu’il y a tout un lot de systèmes qui interagissent entre eux et finalement la modulation peut venir de plusieurs causes internes. Dans un cas, c’est une modulation de phase, l’autre une modulation d’amplitude, ou , si ça tombe, les deux. En fait, je tombe vraiment dans la limite de ce style de vidéo sans script particulier. En fait, au fur et à mesure que je parle, je commence à voir l’énorme gouffre de trucs potentiels à dire et j’ai choisi le chemin le plus simple à ce moment donné. Si c’était à refaire, je pense que je ferais autrement.

    Mais tu as raison, y a aussi de grandes chances que simplement VRef est modulé bêtement et ça donne ça aussi. Occam donnerait raison à cette raison.

    A mon avis, on ne connait pas tout de la machinerie dedans. Ils sont discrets chez ESS.

    Tu pourrais te connecter un de ce quatre, je me demande si j’aurais pas oublié de t’envoyer des trucs.
    J’ai acheté une plaque d’évaluation du dernier chip de AD, l’ADAU1452. C’est à la fois intéressant et ultra agaçant. Encore un produit ou le marketing a tout gâché.

    J.

    Commentaire par jipihorn — juin 12, 2014 @ 4:26

  11. Merci JiPi pour ces investigations complémentaires.

    Conclusion : il faut vraiment soigner les alims de référence tension des DACs, ce qui n’est pas souvent le cas des kits. pour mon DAC7 ce serait : peut mieux faire ! Mais il y a pire : j ‘ai une carte pour TDA1541A que j’hésite à monter ( elle a seulement quatre régulateurs de tension )..

    ESS utilise un ASRC dans son 9018, censé réduire le jitter . Il existe de nombreux circuits ASRC chez les fabricants de puces, qui permettent de re-sampler le signal entrant. Mais que ça a l’air compliqué. Puis la seule carte d’évaluation coute 200 $.

    Sur ce site http://www.jitter.de/english/howfr.html ils nous disent : Unfortunately sample rate converters are praised as jitter attenuation devices by some manufacturers, but they are not.

    Or pour supprimer le jitter on pourrait utiliser un système beaucoup plus simple.( je viens de revoir que c’est ce qu’ils suggèraient : un buffer ! inconvénient le prix C ‘est là que j’ai puisé l’idée.) Deux bancs mémoire : un dans lequel on écrit la valeur de l’échantillon en suivant l’horloge reconstituée avec plein de jitter, peu importe, et l’autre qu’on lit à la fréquence d’un super clock ultra stable, avec un certain retard ou délai qui garantit que les échantillons à la traine sont bien arrivés et enregistrés en mémoire.. Quand on a écrit dans un bloc complet, on permute lecture/écriture ( ce qui éviterait les collisions ordre de lecture et ordre d’écriture si on avait un seul bloc..), mais ce serait mieux d’avoir 4 bancs mémoire ( lecture /écriture étant séparés d’un bloc pour éviter tout risque de chevauchement.)

    Il me semble que c’est ce qui est fait dans les premiers circuits décodeurs d’un lecteur de CD avec les RAMs, parce que vu le principe du CD et du système d’asservissement il doit y avoir un sacré jitter. Il faut voir l’usine à gaz des platines vinyles à entrainement direct pour obtenir UNE vitesse constante, alors que sur un CD la consigne de vitesse change constamment et l’asservissement est assez sommaire. En fait on est jamais à la bonne vitesse.

    Une autre façon de réduire le jitter sur les liaisons SPDIF coax ( sorties et entrées sont souvent « ravagées » ) serait de transporter le signal SPDIF en LVDS : transmetteur et récepteurs sont étudiés pour ça et fonctionnent à des freq particulièrement élevées, sur de plus grandes distances et avec une simple paire torsadée… Pas le temps d’essayer pour le moment, mais théoriquement ça devrait bien arranger les choses.

    http://passionhifivintage.wordpress.com/2014/05/11/transporter-le-signal-spdif-en-lvds/

    Commentaire par jacqueline73 — juin 14, 2014 @ 12:14

  12. Peut-être faut-il reparler du jitter et de ses mythes:
    https://jipihorn.wordpress.com/2013/04/20/le-mythe-du-jitter/

    Commentaire par FRANCIS LIBRE — juin 14, 2014 @ 1:38

  13. @Francis

    J’ai relu, mais je ne suis pas sûre d’avoir compris la PLL, si je me réfère à d’autres explications..

    Elle sert à faire de la récupération d’horloge, en particulier lorsque le signal ne possède pas une transition par bit, pour permettre de synchroniser, comme c’est le cas dans un lecteur de CD, en sortie de la détection optique.RF Amp. On fait en sorte de ne pas avoir des trous ou plats de longueur inférieure à 3 bits, ni de taille supérieure à 7 bits, pour ne pas perdre la synchro.. Donc avec la PLL on accroche le quartz ou l’oscillateur intégré sur la fréquence du signal, qui peut varier : asservissement de vitesse imprécis qui oscille autour de la vitesse idéale. Pour ne pas louper de bits, il faut suivre le jitter du signal.

    Pour le signal SPDIF le codage bimark phase assure au moins une transition du signal pour chaque bit envoyé qui permet de synchroniser les horloges.

    Le jitter serait du a la mauvaise qualité du signal, aux seuils de détection des circuits d’entrée assez imprécis.

    Comme le dit ESS avec un PLL en entrée SPDIF d’un DAC on suit le jitter du signal d’entrée.

    Les recepteurs SPDIF ne sont pas tous de même qualité : en bas les Cirrus, puis le Wolfson et au top le DIR9001.

    Il serait intéressant de comparer l’architecture des trois. j’ai attaqué le datasheet du Wolfson puisque j’en ai un sur le DAC7, mais c’est assez complexe, tant il offre de possibilités en contrôle par software. Sur le kit DAC7 il fonctionne en stand alone et il n’a peut être pas les mêmes perfs.

    Dans un lien donné plus haut, ils parlent de double PLL pour réduire le jitter.

    Dual stage clock recovery uses two separate PLL circuits:

    The first PLL does only clock recovery. The recovered clock is input into the second PLL, that is used for jitter attenuation and data retiming.

    Dual stage clock recovery has the advantage, that the second PLL receives a clock signal (instead of a biphase mark signal) that is already cleaned by the first PLL.

    With dual stage clock recovery, a higher jitter attenuation is attainable, and the residual jitter can be more decorrelated from the input data stream. However dual stage often means dual price.

    Commentaire par jacqueline73 — juin 15, 2014 @ 1:30

  14. N’ayant, malheureusement, pas à disposition une petite merveille comme l’audio précision j’ai également fait quelques tests de mon coté sur la carte que j’ai en ma possession (la version 4 couches) avec les moyens du bord : un CD avec des plages tests concoctées avec Audacity lu dans ma platine CD sur laquelle j’ai relié le DAC en spdif et récupération des sorties du DAC par ma carte son (avec une fréquence d’échantillonnage réglée à 96khz pour pouvoir choper d’éventuelles merdouilles de filtrage au delà de la bande audio) pour analyse dans Audacity (méthode pas forcément pertinente, l’audio numérique n’étant pas vraiment ma spécialité)

    Alors :
    – déja le niveau de bruit en entrée de ma carte son ne me permet pas de juger du seuil de bruit donc aucune mesure pertinente possible là dessus (avec le niveau d’entrée réglé pour être légèrement sous le seuil de saturation pour un signal pleine échelle en sortie du DAC j’ai un seuil de bruit « à vide » aux alentours des 86db, bien loin des perfs théoriques du DAC quoi)

    – ensuite avec en entrée une sinusoïdale à 1khz j’ai un spectre propre sans les bandes latérales « parasites » qu’on voit dans la vidéo, test fait sur plusieurs niveaux d’entrée (0db, -10,-20,-30) avec le même résultat.
    J’ai bien un petit quelquechose à 50hz, probablement une très légère ronflette secteur mais à un niveau tellement faible que c’est insignifiant (DAC branché sur mon ampli même ampli à fond je n’ai pas le moindre souffle ni ronflette dans les enceintes, perso je n’en demande pas plus)

    – en revanche j’ai aussi fait des plages test avec un signal pleine échelle d’un seul coté pour évaluer la diaphonie et là le résultat me pose problème : la voie censé être muette ne l’est pas vraiment, on se retrouve avec une image du canal « actif » qui se ballade aux alentours des -55-60db au lieu du plancher de bruit « normal » vers -86-87db.
    Ca pourrait expliquer la sensation curieuse que j’avais eu à l’écoute avec des sons plus centrés au milieu des enceintes qu’avec mes autres sources.
    Le plan fourni avec la carte étant sinon faux du moins fortement incomplet ne me permet pas vraiment de comprendre d’où ça peut venir, faudra que je prenne le temps de refaire un plan correct à partir de la carte pour essayer de comprendre mais pour le moment je manque de temps pour le faire. (en ce moment je serais plutôt dans les préparatifs de vacances)

    Pour le fun j’ai refait le JIPI-test du swap d’ampli op entre les 5534 d’origine et des OP134 que j’avais sous la main. Sur le papier les OPA sont un cran au dessus des 5534 mais aux mesures ça ne change strictement rien.
    D’ailleurs pour l’anecdote en faisant ces tests à un moment j’ai été surpris de constater une grosse baisse de niveau de sortie du DAC (genre -30-40db). Vérification faite le problème était situé, comme souvent, entre la chaise et le clavier > entre 2 manips j’avais oublié de remettre les AOP … (d’ailleurs après coup j’ai du mal à m’expliquer comment on peut avoir autant de niveau en sortie sans les AOP)

    Commentaire par DaveB — juin 18, 2014 @ 11:29

  15. Je serai curieux de voir cette version à 4 couches. Y a peut-être une subtilité quelque part .Utilise-t-elle la même electronique ?
    Merci pour toutes ces données, c’est toujours bon à prendre ! Il ne faut pas sous estimer le potentiel des bonnes cartes son…

    J.

    Commentaire par jipihorn — juin 19, 2014 @ 9:31

  16. Bonjour Jipi,

    C’est la version vendue par Audiophonic ?
    Le PCB est à 4 couches et il y a quelques capa en plus par rapport à votre version.
    Mais identique sur le 3.3V
    Pat

    Commentaire par pat — juin 20, 2014 @ 9:54

  17. La carte que j’ai viens d’ebay (là maintenant je n’ai plus le nom du vendeur en tête) mais je viens d’aller jeter un oeil chez Audiophonics et à première vue (étant au taff je n’ai pas ma carte sous les yeux) c’est quasiment la même (de toutes façons il ne doit pas y avoir 50 sources pour ces bidules).

    A première vue les seules différences c’est :
    – la couleurs de quelques capas autour des AOP et des diodes de redressement (eux ils ont du vert et du rouge mais je n’ai que du rouge, m’enfin bon …)
    – que moi je l’ai payé moins de la moitié du prix qu’ils affichent
    – moi j’ai « de série » les RCA pour l’entrée SPDIF et les sorties asymétrique, eux faut encore rallonger la monnaie … (manquent pas de souffle quand même … )
    – en revanche moi je me contente de « vulgaires » 5534 alors qu’eux fournissent des AD797 ce qui pourrait expliquer une partie de la différence de prix, si tant est bien sur que ce soit des vrais et pas des contrefaçons (j’ai toujours un gros doute sur ce type de composants « haut de gamme » en direct-Chine), m’enfin pas sur que ça change grand chose et vu le prix de ces bestioles il est peu probable que j’en achète un jeu juste pour faire le test.

    Le plan dont on voit un morceau dans la vidéo est à priori le même que celui que le vendeur m’a fourni, il est donc au minimum faux pour les sorties puisque moi j’ai 6 AOP simples et pas 2 doubles et 2 simples et je pense que ça ne doit pas être le seul endroit où le plan est inexact puisqu’il y a des composants que je ne trouve pas sur le plan et d’autres dont les valeurs diffèrent, bref va falloir que je m’y colle si je veux avoir un plan exact.

    Sinon faute d’avoir trouvé la version 4 couches en kit j’ai dû prendre une version déja soudée et franchement vu la tronche de certaines soudures j’aurais largement préféré le faire moi même, je n’aurais eu aucune difficultés à faire mieux. (d’ailleurs si ça se trouve les soucis que j’ai proviennent peut être d’une mauvaise soudure quelquepart)

    Pour pouvoir pousser un peu plus mes tests faudrait que je vois à me procurer la petite carte XMOS optionnelle pour pouvoir brancher le DAC directement en USB, ça me permettrais de pouvoir lui envoyer ce que je veux directement sans être limité par le 16 bits/44khz de mon cd test.

    M’enfin pour conclure en l’état je suis loin d’être emballé par les performances réelles de cette carte, j’avais quand même un petit espoir de pouvoir l’utiliser au sein de ma chaîne mais là ça n’aurait aucun sens vu ses piètres performances.
    Faudrait que je fasse un test comparatif entre le DAC, la sortie de ma platine CD et celle de ma carte son pour voir les différences, n’ayant pas spécialement une ouïe bionique ni une chaîne Hifi « hyper top moumoute » les différences que je perçois à l’écoute doivent nécessairement être flagrantes aux mesures. (oui je sais ma dernière phrase ferait faire une syncope à n’importe quel audiophile, mais j’assume :-D)

    Commentaire par DaveB — juin 20, 2014 @ 8:06


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