[参考译文] DAC8822电路中用作音频 DAC 的过量 THD

尊敬的 Fernando：  

使用 DAC8822的通道 B 作为粗略 DAC？ 我假设这就是第一个 DAC 的含义。 您的意思是您 不使用低位 来执行较大的代码步长、而是有效地使用较大的 LSB 大小？  从而 降低该通道的 THD。 我假设通道 A 是正常的 DAC、而您正在使用完整的16位分辨率？ 您如何使用它来优化第一个 DAC？

您使用的采样率是多少？ 每个周期要进行多少次采样？  

此致！

Katlynne Jones

您好 Katlynne、

感谢您的答复、对于不十分清楚、请深表歉意。 是的、我将 DAC B 用作"粗略"DAC"、将32位样本的高位字输入其中。 下部字发送到 DAC A、用作"精细"DAC：其输出除以65536、并相加为"粗略"DAC 输出。 我选择 DAC B 作为"粗调"DAC、因为根据数据表、它在 INL 和 DNL 方面略优于 DAC A。

这证明是有效的、因为正如我所说、我可以看到良好的正弦波@-90dBFS、甚至-112dB、合理的6-12% THD + N、这部分是由噪声造成的、部分是由于干扰杂散、部分是由于实际的 THD。

令我困惑的是 THD 高电平(0dBFS 至-20/-30dBFS)的结果信号的 DAC+N、这似乎与"粗略"DAC+N 本身的 THD + N 完全相同、就好像"精细"DAC"没有做出任何贡献。

在等待美国醒来时(我在意大利),我做了一些更多的测试和研究在互联网。 THD 主要是二次和三次谐波。 这似乎是由 I/V 转换器造成的、而不是由 DAC 本身造成的、这可以解释为什么"精细"DAC 的贡献无法有效减少失真。

现在、我要弄清楚如何提高 I/V 转换器的性能。 人们开发了分立式组件低失真 I/V 转换器。 这是可行的、但我希望有一种方法可以设计出更好的基于运算放大器的 I/V 转换器。 添加一个额外的差分对来驱动运算放大器的输入(加上一些补偿)是否有助于增加增益？ 此外、有人建议在运算放大器环路中添加一个高电流驱动器(如 BUF634)、以提高 GBW 和降低输出阻抗、从而降低 THD：在您看来、这可行吗？

记录下来：我以44.1kHz 至768kHz 的采样率驱动 DAC、性能(在标准20kHz 带宽上)不依赖于采样频率。

此致、

马科(费尔南多)

尊敬的 Marco：

这是一个非常酷和有趣的项目。  我想您可能遇到了两个不同的难题：

1.噪声贡献:我认为区分 THD 和 THD + N 非常重要  我希望理想情况下的 THD 大致等于理论最佳情况下的 DAC 动态范围。  有几篇文章介绍如何计算 DAC 的量化噪声、但近似值为：

  DR (分辨率)= 6.02dB (分辨率)+1.76dB。

对于您的课程 DAC、我们预计会有大约98dB 的 THD。  问题是、我们还需要考虑噪声。  首先、我们仅对本课程的 DAC 进行噪声分析。   

然后、精细 DAC 需要自己的噪声分析。  我怀疑它对输出信号的总贡献实际上低于 DAC 噪声、或者大电容器的附加噪声淹没了小量程信号。

2.我还想指出、以这种方式组合 DAC 并不像您可能想的那样累加。  按照您在此处所做的那样缩放一个 DAC 并不能真正提供32位 DAC。  实际上、如果您了解直流线性、我猜您有更多的~17至18位 DAC、甚至可能<17位。   

我认为您应该考虑对您的设计进行一些修改：

1.缩放 DACA/精细 DAC 的基准、而不是缩放输出。  如果您进行噪声分析、您将很大程度上受到输出上这些大值的影响。   

2.完成噪声分析(TINA-TI 对于您所使用的运算放大器有很好的噪声模型、因此非常适合)。  不要忘记考虑参考的噪声。  如果您有仪器、则可以尝试单独测量这些值、以查看您的仿真是否与测量值相匹配。  考虑放大器的电流噪声以及电压噪声。

3.考虑架构变化。  您是否考虑过并联使用两个 DAC 而不是课程/精细设计？ 这可能只能为您提供17位的分辨率、但它将是一款可靠的设计并可降低噪声。  您可能会对第二个通道进行边际缩放、当然是拍摄~18+位。  这需要进行一些数据操作。   

谢谢！

Paul

Paul、你好！

感谢您的答复和建议。 附加的请查找 DAC 总输出@ 0dBFS 的频谱。 据我的 AP 分析器显示、THD + N 为93dB。 您可以看到代码开关干扰产生的谐波和残留杂散。 为了进行检查、我使用了一个陡峭的4.5kHz 低通滤波器来消除杂散和大部分噪声、同时保留前3个谐波。 导致的 THD + N 增加大约为1dB。 本底噪声约为6.7uV。 如果不存在谐波和杂散、THD + N 测量结果应约为109dB。 据我所知、这意味着我的问题确实主要是 THD、在较小程度上是噪音或虚假的。 IMHO 问题是：是由于 DAC INL、双极零误差和满量程误差而导致的非线性、还是 I/V 转换器是固有的 THD？ 我有一个运算放大器在1500欧姆的电阻器上的摆幅为28.6Vpp (我在第一篇文章中的原理图显示750欧姆、但我将其加倍、以获得6dB 的 THD + N 减小。 进一步增加一倍实际上增加了 THD + N 测量值)。 强烈的印象是 I/V 转换器需要改进。

Re。 关于调制 DAC 结构的建议、线性是低于100dB 的问题、然而与低于-91dBFS 的1LSB 方波相比、信号非常好、我更愿意保持"粗"+"精细"排列。 然而、您关于调整"精细"DAC 基准电压并相应地调整其输出衰减器的建议可能会有所帮助、我将尝试。

我正在网上寻找一些改进 I/V 转换器的建议、但我主要发现 DIY 论坛讨论分立式元件、没有反馈设计、这可能是可以的、但我想尝试一些更简单的方法。

在运算放大器反馈环路中使用高电流、高带宽缓冲器将其输出与输入电阻和 DAC 输出引起的电容变化"隔离"、这在您看来会有所帮助吗？

感谢你给我的所有支持!

此致、

Marco

您是否可能看到来自数字来源的重大串扰？ 如果您看一下零标度音调、您是否在超过~3kHz 的频率下看到显著的谐波/失真？ 例如、连续编写相同的代码(例如0x5555)、查看 FFT 是什么样的。  如果您看到任何尖峰、它们可能具有不同的来源。

您可以针对 I/V 级尝试几种不同的运算放大器、如 OPA1656或 OPA1612。  它们具有电流噪声与电压噪声的不同平衡。

此外、我在 VREF 引脚上看不到任何电容、因此强烈推荐。  您的参考的 FFT 是否在频域中显示类似的杂散？ 输出端采用轻度低通滤波器也可能有助于防止代码对代码干扰。

当我对数据流进行静音(固定 h8000)时、我在 FFT 中没有看到任何杂散、并且电压约为2uVrms。

部分原理图未显示出来、但我将10 μ F 陶瓷 X7R 电容器放置在靠近每个 DAC8822 IC 的每个 REF 引脚的位置。

我在 DAC 转换1kHz @ 0dBFS 时检查了基准电压的 FFT、并且我没有看到任何明显的1kHz 行。

我尝试过 OPA1652和 OPA1642、但结果最差(THD 较高)、这很可能是由于 GBW 过低而导致压摆运行。

我尝试了针对干扰杂散使用低通滤波器、但就其在通带内而言、该滤波器没有任何影响、除非存在明显的 IMD、该 IMD 位于 I/V 转换器上、该转换器会将较高的频率杂散移至通带... 事实似乎并非如此。 在周期性测试波中、干扰与测试信号具有相同的周期、因此会在通带中产生杂散、除非它们的持续时间太短、以至于其谐波超过20kHz、这种情况也并非如此。

将数据流静音时、数字线路是否仍然存在？ 即/LDAC 和/WR？  如果您执行±1LSB 音调该怎么办？  噪声有什么变化？

Paul、你好！

/LDAC 和/WR 始终存在。 当我将测试信号电平设置为-91dB 时、"粗调"DAC 提供1LSB、本底噪声不会明显上升。

昨天我组装了一个分立式组件 FET 输入(LSK170C)运算放大器。 请忽略 C6。 采用0dB 增益反相配置(负载为1K5、与 DAC 电路板中相同)并采用10VRMS 驱动、具有-140dB 本底噪声和0.0002%的10VRMS、低至0.00008%@-2dB 基准电压 THD、非常接近仿真数据。 我将它连接到测试板后、更换板载 OPA1602、THD 就立即跃升到0.05%……

可能试验电路板和接线没有帮助、但这让我认为 THD 问题可能是由于代码切换导致输入电平突然变化... 我不知道、8822接地的 Iout 引脚上的一个小电容器可能会有所帮助？

右下角的网络仿真 DAC、而 R11是连接到输出反相加法器的电阻器。

尊敬的 Marco：

代码对代码干扰通常是导致 R-2R DAC 失真的主要因素。  (这就是 DAC11001B 具备跟踪保持电路的原因)。  小电容应该会有所帮助、因为它将有助于减小可闻范围内的失真。  

我们的输出阻抗为~Ω 5kΩ、因此1nF 电容器可能会很有帮助(在较高频率输出下可能需要较小的电容器)。  我也建议在电容器和放大器的反相输入之间连接一个小电阻器。

Paul、你好！

感谢您的建议。 唉,他们没有工作。 我还尝试将基准电压减半、以检查是否由于大电压摆幅而在 I/V 转换器运算放大器中生成 THD。 结果实际上是 THD 增加。 我开始认为这个问题与 DAC 的 DNL (满量程误差)有关。

我还检查了 DAC 提供0dBFs 时的电源和基准电压：所有三种波形都与信号显示相同的谐波和杂散内容、但不显示基波。 可能是接地问题吗？ 我的测试板在底层有一个实心接地层、所有接地都指着它、但不是星形。

尊敬的 Marco：

1dBFS 是否代表同一问题？ 3dBFS 呢？  

我感到惊讶的是、电源将显示相同的谐波。  基准缓冲器基本上应该将静态负载驱动至接地。  当您隔离 DACA 的基准时会发生什么情况？ 由于您只缓冲 DACB 的基准、14.3V 基准上的干扰也会导致 REFB 出现干扰。