R2R vs String vs Delta Sigma

R2R fue la tecnología original. Debe agregar más etapas para obtener más resolución, y la coincidencia de la MSB con la LSB en un amplio rango es crucial y limita el rendimiento. Tienden a darte una resolución de 8 a 16 bits. Tienen resistencias O (log (N)), donde N es el número de niveles que pueden resolver.

La cadena de resistencias intenta solucionar el problema de coincidencia utilizando las mismas resistencias, para la integración de DAC monolíticos. Como son monolíticos, pueden permitirse integrar las 1000 resistencias requeridas. Tienen resistencias O (N), muchas más, por lo que se encuentran principalmente en el rango de 6 a 10 o (rara vez) 12 bits.

Hay un híbrido de los dos tipos anteriores, que normalmente decodifica los 4 bits superiores para cambiar de una cadena de 16 resistores de igual valor, luego utiliza R-2R para los bits de menor importancia. Reduce la relación de resistencia en la pieza en un factor de 16, lo que mejora la coincidencia.

Sigma delta usa tiempo y código, no resistencias para resolución. Se puede dirigir cualquier número de bits de resolución, por lo que su rendimiento es ruido, deriva, linealidad limitada. La resolución generalmente comienza en 16 bits, aunque se establece menos para el funcionamiento a alta velocidad, y aumenta de 20 a 24, y se acaba de anunciar una parte de 32 bits.

Sigma delta no tiene linealidad perfecta. Los efectos de segundo orden, como la no linealidad del voltaje de la impedancia de salida de las fuentes de corriente, las diferencias sistemáticas dependientes del código en el tiempo de una transición y otras cosas sutiles como las que pueden alterar la linealidad y el rango dinámico libre de fallas en la región de 20 bits, verifique las especificaciones de SFDR para cualquier convertidor que vaya a utilizar.

Tienes que separar entre la resolución física y la resolución efectiva. La resolución física es el número de niveles de voltaje (o alguna otra cantidad física) que se pueden producir. La resolución efectiva está determinada por la relación señal-ruido-distorsión (SINAD). El SINAD se puede convertir directamente a un número efectivo de bits (ENOB) utilizando una fórmula simple.

Una cadena DAC, por ejemplo, es perfectamente monotónica, por lo que cada nivel es único y los niveles siempre aumentan. Esto significa que pueden tener una alta resolución física. Sin embargo, tales DAC tienden a tener pasos no uniformes (la diferencia entre cada nivel) y, por lo tanto, se genera distorsión. Esta distorsión comprometerá la ENOB. Un modulador Delta-Sigma busca solucionar este problema usando un solo bit, un interruptor, pero cambiándolo muy rápidamente y usando un filtro de paso bajo para promediar la salida. Al hacerlo, puede obtener un ENOB bastante alto en una determinada banda de frecuencia. Los DAC Delta-Sigma más modernos tienen múltiples niveles de salida (también llamados Delta-Sigma de múltiples bits), y utilizan la comparación dinámica de elementos (DEM) para eliminar la distorsión debida a tamaños de paso no uniformes.

Lo mejor que he medido fue un DAC de audio (microdispositivos Asahi Kasei de ancho de palabra de 24 bits (Delta-Sigma de múltiples bits) que produjo un ENOB ligeramente superior a 16 bits. El mejor R-2R híbrido y la cadena DAC que he medido fue un DAC de Analog Devices con un ancho de palabra de 20 bits que tenía un ENOB ligeramente superior a 15 bits.

Desde arriba. . . "Estoy leyendo alguna literatura conflictiva ..."

La escritura tiene una calidad mágica; el hombre naturalmente asume que todo lo escrito es verdadero.

"No creas nada, no importa dónde lo leas o quién lo dijo, no importa si lo he dicho, a menos que esté de acuerdo con tu propia razón y tu propio sentido común". . . Buda

Traducción para nuestros propósitos. . . tus oídos son el único "instrumento de medición" que vale la pena.

"Calibre" sus oídos asistiendo a actuaciones en vivo, sinfonías, jazz, óperas, etc.

Absolutamente los chips de DAC más musicales jamás creados; el Burr Brown PCM 63. El PCM 63 es el pináculo de la conversión de audio digital a analógico.

El PCM 63 combina todas las ventajas de un DAC convencional (excelente rendimiento a gran escala, alta relación señal-ruido y facilidad de uso) con un rendimiento superior de bajo nivel, especialmente alrededor del cero bipolar, donde la salida del DAC debería cambiar De positivo a negativo o viceversa. Dos DAC se combinan en una disposición complementaria para producir una salida extremadamente lineal. Dentro hay dos DAC R2R de 20 bits con una red de resistencia recortada por láser común.

Los DAC que utilizan redes de resistencias recortadas por láser son MUY costosos de fabricar. Los MBA y los contadores decidieron que se necesitaba una nueva arquitectura DAC. Después de todo, lo importante es el beneficio, no una ingeniería excelente o una musicalidad sin sentido. Tenga en cuenta que los MBA y los contadores tienen una radio de transistores vintage de la década de 1960 en su escritorio que "suena bien para escuchar su programa de entrevistas favorito". ¿La solución? Lanza un millón de transistores al molesto problema de DAC. Así nació el flujo de bits o la conformación de ruido DAC. La misma palabra NOISE en una descripción de DAC debería ser la clave de que los MASH DAC no son musicales.

El DAC Borr Brown PCM54HP R2R con red de resistencias recortadas con láser es mucho más musical que cualquier DAC de modelado de ruido. De hecho, la dinámica musical es muy similar a la PCM 63.

Sí, tienen grandes especificaciones; suenan horribles De hecho, los ingenieros que diseñaron el PCM 63 deben estar disgustados con los chips MASH DAC.

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Referencias:

Hoja de datos de Burr Brown PCM63

Fundamentals of Acoustics por Lawrence E. Kinsler & Austin R. Frey 2da edición. . . Capítulo 11 Audición y habla

Electrónica digital integrada por Taub y Schilling