Усиление Цифрового Сигнала

[LoneWolf_SPb]

Глубокомногоуважаемые господа и... дамы, ежели таковые здесь присутствуют!

Хочу предложить на обсуждение одну тему, которая не дает мне покоя. Сразу предупрежу – замысел чисто теоретический, глубоко чайниковский, но уверен, что мозговой штурм практиков и особенно теоретиков прояснит ситуацию и я пойму, что либо это невозможно в принципе, либо мы создадим новое направление усилителестроения.

Заранее скажу – пытался обсудить эту теорию в личной беседе с Дмитрием Андрониковым, но сей диалог больше напоминал попытку бушмена подискутировать с физиком-ядерщиком на тему протекания термоядерных процессов. Короче говоря, я ничегошеньки не понял.

Выношу идею на всеобщее обозрение.

Насколько успел вникнуть в суть, любой УМ состоит из двух основных частей – усилитель напряжения (УН) и усилитель тока (УТ). Оба узла имеют массу активных и пассивных элементов, в той или иной мере отрицательно влияющих на проходящий сигнал. В то же время мы с вами знаем, что содержание информации цифрового сигнала не меняется при прохождении помехосоздающих и искажающих цепей. На выходе CD (МР3) – проигрывателя мы всегда можем получить сигнал в виде квантов, содержащих данные об амплитуде сигнала в данный момент времени.

Что делает УН? Насколько я успел понять, он увеличивает амплитуду сигнала пришедшего на вход и передает его на УТ. Что мешает нам увеличить амплитуду сигнала, находящегося еще в цифровом виде? Имеем квант, имеем требуемую кратность усиления, чисто математически умножаем величину амплитуды в нужное количество раз. Затем умноженные показатели амплитуды подаем в ЦАП и полученный сигнал усиливаем по току.

Причем кратность умножения может быть переменной и задающая эту кратность система автоматически становится регулятором громкости.

Что имеем на выходе?

Исключение искажений в тракте (ЦАП источника)-(передающая линия)-(регулятор громкости)-(усилитель напряжения). Отсюда, автоматически, - значительное расширение коммутационных возможностей, уменьшение габаритов и прочие приятные вещи.

Попытайтесь либо доходчиво объяснить невозможность реализации данной идеи, либо давайте общими усилиями попробуем это реализовать.

Спасибо за внимание.

Андрей.

P.S. Слова одобрения приветствуются, а все плохое о себе я уже знаю.

P.P.S. Догадываюсь, что идея может быть далеко не новой, но на этом форуме, если не ошибаюсь, ее еще не обсуждали.

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[ivangrig]

Мда...

Позволю задать вам несколько вопросов

1 Какой максимальной разрядности существуют ЦАП?

2 Какая максимальная амплитуда сигнала на выходе ЦАП?

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[LoneWolf_SPb]

Мда...

Позволю задать вам несколько вопросов

1 Какой максимальной разрядности существуют ЦАП?

2 Какая максимальная амплитуда сигнала на выходе ЦАП?

1. Не помню, то ли 124, то ли 196.

2. Не думаю, что больше 1-2 вольт.

Смысл вопросов понятен - на существующей элементной базе такое устройство не собрать. А если принципиально, возможно такое? Если нет, то почему? Что мешает создать высоковольтный ЦАП необходимой разрядности?

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[ivangrig]

То же, что мешало сделать телевизор в каменном веке.

"Не помню, то ли 124, то ли 196."

В общем-то всё понятно...

А вы поинтересуйтесь.

[LoneWolf_SPb]

То же, что мешало сделать телевизор в каменном веке.

"Не помню, то ли 124, то ли 196."

В общем-то всё понятно...

А вы поинтересуйтесь.

Очень содержательно, а главное - доходчиво. С массой аргументов.

и напомню

P.S. Слова одобрения приветствуются, а все плохое о себе я уже знаю.

[ivangrig]

Чтобы задать вопрос, надо знать хотя бы половину ответа.

Ну или хотя бы четверть что ли.

Собственнно ответы на эти два вопроса и есть аргументы.

[LoneWolf_SPb]

Чтобы задать вопрос, надо знать хотя бы половину ответа.

Ну или хотя бы четверть что ли.

Собственнно ответы на эти два вопроса и есть аргументы.

А еще лучше знать весь ответ... Но зачем тогда задавать вопросы?

ЦАП не всегда состоит из одной микросхемы. Насколько мне помнится из студенческой поры, ЭВМ тех времен не всегда помещались в одну комнату. А сейчас занимает скромный уголок на столе...

То, что ты не знаешь, как это сделать, не означает, что это НЕВОЗМОЖНО.

[ivangrig]

А я научную фантастику то же люблю. Только здесь форум несколько по другой теме. :-)

[LoneWolf_SPb]

А я научную фантастику то же люблю. Только здесь форум несколько по другой теме. :-)

Я вообще хотел услышать аргументы, а пока слышу что-то вроде - "я этого не знаю, поэтому такого не может быть никогда!"

К вопросу о разрядности - сколько разрядов требуется для сигнала максимальной амплитуды в формате CDDA? До передискретизации и прочей обработки.

Высоковольтная логика что, отсутствует как класс? Или она неизвестна только в аудио?

[aen]

Высоковольтная логика что, отсутствует как класс?

Обрати внимание на закономерность.

Чем выче становиться частота таботы процессора в компьютере, те меньше у него напряжение питания.

В первых поцессорах было 5 вольт и 12 вольт.

А сейчас?

....

Фильм старый был.

"Неуловимый Джо"

...

а почему он неуловимый?

да потому что он на х... никому не нужен. (его и не ловят)

Изменено 23 августа, 2007 пользователем aen

[~D'Evil~]

В общем, даже не читая, я уже понял о чем речь. Речь о том, чтобы перемножать цифровые значения амплитуды. Я два года назад, у себя в тетрадочке, рисовал схему такого девайса вместе с регулятором громкости. И все бы ничего, если не одна проблема. Где взять ЦАП? Параллельный АЦП можно сделать самому, тут проблема только в габаритах устройства и финансах. Вот с ЦАПом куда сложнее.

Стурктура девайса выглядит следующим образом:

- Параллельный АЦП (куча компараторов, сделат не сложно, но при количестве разрядов, скажем, 256, вам надо 256 операционников и у вас получится 256 линий передачи данных. Можно, конечно, все это дело свернуть, но я смысла не вижу).

- Перемножаитель. Обычное логическое устройство, ничего сложного. Я еще на эту тему в колледже курсовой писал, тогда то идея и родилась . В этом узле мы уже можем втыкать регулятор громкости. Очень удобно.

- Параллельный ЦАП. Вот хоть убейте, не знаю как его сделать.

В чем тут загвостки. Если с частотой дискретизации все ясно, это нам еще товарищ Котельников разжевал, то как быть с количеством уровней? 1024 хватит? А где взять столько операционников и во что это выйдет. Меня такая мысль посетила, что мы возвращаемся во времена СССР, когда брали плату, паяли на нее элементы, накрывали металлическим корпусом и сей девайс именовали не иначе, как "Микросхема такая-то". Вот и у нас то же получается.

В теории получалось, что после перемножителя у нас еще больше разрядов получается. Ладно, пусть у нас плата увеличится в размерах. Но как потом это неимоверное количество разрядов перевести в ток? Или сразу в напряжение? Ключами? ИМХО искажения полезут. Матрицу R-2R еще можно тогда сделать. Но размеры будут у конструкции ужасающие. Ради интереса я бы взялся за такой проект, но ИМХО он себя не оправдает. Слишком затратно. Хотя, если по характеристикам такой УН получится намного лучше существующей аналоговой техники, то можно на этом заработать.

[LoneWolf_SPb]

Высоковольтная логика что, отсутствует как класс?

Обрати внимание на закономерность.

Чем выче становиться частота работы процессора в компьютере, те меньше у него напряжение питания.

В первых поцессорах было 5 вольт и 12 вольт.

А сейчас?

....

Фильм старый был.

"Неуловимый Джо"

...

а почему он неуловимый?

да потому что он на х... никому не нужен. (его и не ловят)

Мощность рассеивания процессора и других схем не бесконечна, это понятно. Частота квантования по времени и уровню в CDDA не изменились, количество разрядов осталось прежним. Возможностей нынешних ЦАПов более, чем достаточно. Например, для того, чтобы передать информацию о сигнале вдвое бОльшей амплитуды достаточно добавить 1 (один) разряд, а не увеличивать разрядность вдвое. А сегодняшние ЦАПы свободно работают с разрядностью в 4-8 раз превышающей исходную разрядность CDDA.

Я так понимаю, что плюсы данного решения на х... тебе не нужны?

[Olegyurich]

Вообще цифровые усилители существуют - там цифровой сигнал управляет мощными быстродействующими полевиками, т.е. сигнал преобразуется в аналоговый уже в выходном каскаде. Посмотрите веточку по классу Д.

Только звучат они почему-то хуже аналоговых.

[ivangrig]

В настоящий момент разрядность ЦАП 16 или 24 бит.

Нет никакой проблемы сделать регулятор уровня сигнала пересчитывающий сигнал из 16 бит в 24.

Но для микросхем ЦАП максимальный уросень сигнала - доли вольта.

Его снова придётся усиливать и по напряжению и по току.

То есть это просто электронный регултор громкости получится.

Что бы реализовать то о чем вы пишите нужен ЦАП с разрядностью 32-56 бит и опорным напряжением в десятки вольт.

Создать это технологически не представляется возможным в обозримое время.

Я думаю что когда появится возможность создать такой недорогой ЦАП музыка будет передаваться непосредственно в мозг человека и усилители будут не актуальны как класс :-)

2 Olegyurich

Цифровых усилителей не существует. Шим модуляция не имеет ничегог общего с цифровыми технологиями.

То что в некоторых усилителях применяются элементы цифровой логики не делает их цифровыми.

"Только звучат они почему-то хуже аналоговых"

А я вообще с трудом понимаю как они звучат. Там скорость наростания сигнала отсутствует как класс.

Изменено 23 августа, 2007 пользователем ivangrig

[Olegyurich]

М-да...

[ivangrig]

Кстати размышлял как-то на досуге по поводу усилителей класса D

Предположим мы делаем усилитель с прямым преобразованием цифрового сигнала в скважность сигнала.

Имеем на входе по минимуму 16 бит 44,1кГц работа выходных ключей на промежуточной частоте 500кГц

То есть имеем для точного установления скважности с 16 битным разрешением на частоте 44,1 кГц рабочую частоту

65536 х 44100 = 2890137600 Гц

Так как есть промежуточное преобразование в 500 кГц

получаем

500000/44100=11,3

2890137600/11,3=255764389Гц

Выходные транзисторы в усилителях класса D могут работать на частоте 250Мгц?

И если да, то заметьте это для фиксированного сигнала 16 бит, а нам надо ещё громкость увеличивать/уменьшать.

то есть что же это реально получается?

Или я не так считаю?

[LoneWolf_SPb]

Кстати размышлял как-то на досуге по поводу усилителей класса D

Предположим мы делаем усилитель с прямым преобразованием цифрового сигнала в скважность сигнала.

Имеем на входе по минимуму 16 бит 44,1кГц работа выходных ключей на промежуточной частоте 500кГц

То есть имеем для точного установления скважности с 16 битным разрешением на частоте 44,1 кГц рабочую частоту

65536 х 44100 = 2890137600 Гц

Так как есть промежуточное преобразование в 500 кГц

получаем

500000/44100=11,3

2890137600/11,3=255764389Гц

Выходные транзисторы в усилителях класса D могут работать на частоте 250Мгц?

И если да, то заметьте это для фиксированного сигнала 16 бит, а нам надо ещё громкость увеличивать/уменьшать.

то есть что же это реально получается?

Или я не так считаю?

Несколько не понял, откуда у нас взялось 250МГц? Теоретически, на выходе ЦАП мы имеем импульсы с частотой 44.1 кГц и заданной амплитуды. Как ко всему этому привязана скважность, да и еще 16-битная? Насколько мне помнится из институтского курса, скважность - это отношение периода импульса к его длительности. Какое у нее может быть разрешение?

В 16-ти разрядах сигнала закодирована информация о 65536 возможных уровнях его амплитуды и на выходе мы имеем 44,1 разноамплитудных импульса в миллисекунду.

Имея 24-хразрядный сигнал мы можем описать 8-кратное увеличение амплитуды, а что мешает создать ЦАП с выходным напряжением импульса до 20-30 вольт? У нас есть теоретики и конструкторы ЦАПов, пусть подумают, как это реализовать...

[ivangrig]

Это всё я про усилители класса D писал...

[LoneWolf_SPb]

Что бы реализовать то о чем вы пишите нужен ЦАП с разрядностью 32-56 бит и опорным напряжением в десятки вольт.

Создать это технологически не представляется возможным в обозримое время.

Зачем 32-56 бит? Нам что, нужно увеличивать амплитуду сигнала в 40 раз? Теоретически, увеличение разрядности вообще может не понадобиться. Можно пойти другим путем, например, увеличивая напряжение, равное единице информации.

Я думаю что когда появится возможность создать такой недорогой ЦАП музыка будет передаваться непосредственно в мозг человека и усилители будут не актуальны как класс :-)

Новые форматы разрешения типа блю рэй или HDCD как-то не очень подтверждают вышесказанное.

[korolkov24]

Цифровых усилителей не существует. Шим модуляция не имеет ничегог общего с цифровыми технологиями.

То что в некоторых усилителях применяются элементы цифровой логики не делает их цифровыми.

Вопрос действительно спорный.

opr005KQ.pdf

[korolkov24]

"Только звучат они почему-то хуже аналоговых"

А я вообще с трудом понимаю как они звучат. Там скорость наростания сигнала отсутствует как класс.

Смотря какие импульсные и какие аналоговые.

И причём тут скорость нарастания, если вся математика совершенно иная и скорость нарастания имеет несколько иной смысл (относительно влияния на звук).

Класс D может быть без обратной связи или работать только при наличии её.

[korolkov24]

В настоящее время существуют усилители с цифровой обработкой информации, только выходной каскад работает не на частоте ядра, а на частоте допустимой для драйвер + транзистор, а эта частота должна быть как минимум в 2 раза выше верхнего, звукового диапазона.

Дельта модуляция усилителя класса AD, эквивалентна цифровому модулятору с разрядностью, стремящейся к бесконечности, ограниченной только паразитными свойствами элементов.

[ivangrig]

Возможно, возможно...

Но всётаки мне кажется, что цифровая технология оперирует с данными. То есть сигнал обрабатывать можно сколько угодно,

а вот усиливать это прерогатива аналоговой схемотехники. Цифровыми средствами можно увеличить численное значение сигнала, можно рассчитать различные коэффициенты, попрвки и т.д. Но как цифровыми средствами увеличить ток?

Наверное более точно будет говорить импульсный усилитель с цифровой обработкой информации.

Изменено 25 августа, 2007 пользователем ivangrig

[LoneWolf_SPb]

Возможно, возможно...

Но всётаки мне кажется, что цифровая технология оперирует с данными. То есть сигнал обрабатывать можно сколько угодно,

а вот усиливать это прерогатива аналоговой схемотехники. Цифровыми средствами можно увеличить численное значение сигнала, можно рассчитать различные коэффициенты, попрвки и т.д. Но как цифровыми средствами увеличить ток?

Наверное более точно будет говорить импульсный усилитель с цифровой обработкой информации.

Увеличить ток вряд ли удастся, хотя теоретически и это можно разработать. Пока разговор идет только об увеличении напряжения. И я точно помню, что в былые времена существовали логические схемы с питанием 5 и 12 Вольт.

[korolkov24]

Возможно, возможно...

Наверное более точно будет говорить импульсный усилитель с цифровой обработкой информации.

Согласен.