| | ||
| |||
| |||
АЛЕКСАНДР КУРБАТОВ,
Опубликовано: 11.5.1999
Кодек | AD1848K (3) | AD1845 | CS4248/CS4231 | CS4231A | ||||||||
Параметр | min. | typ. | max. | min. | typ. | max. | min. | typ. | max. | min. | typ. | max. |
Верхняя граничная частота/ 0,45 0,4 0,4 0,4 Частота дискретизации | 0.45 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | ||||||||
Неравномерность АЧХ, дБ | +/- 0.1 | +/- 0.1 | +/- 0.1 | +/- 0.1 | ||||||||
ЦП: DR, дБ (4) | 80 | 85 | 80 | 85 | 80 | 85 | ||||||
АЦП: DR, дБ А-взвешенный (4, 5) | 75 | 81 | ||||||||||
АЦП: THD, % | 0.003 | 0.02 | 0.006 | 0.02 | ||||||||
АЦП: THD+N, % (6) | 0.02 | 0.025 | ||||||||||
ЦАП: DR, дБ (3) | 80 | 85 | 80 | 85 | 80 | 85 | ||||||
ЦАП: DR, дБ А-взвешенный (4, 5) | 76 | 82 | ||||||||||
ЦАП: THD, % | 0.01 | 0.02 | 0.01 | 0.02 | ||||||||
ЦАП: THD+N, % (6) | 0.02 | 0.022 | ||||||||||
| Примечания 1 AD1848 и CS4248 - почти полные функциональные аналоги; AD1845, CS4231 и CS4231A - близкие функциональные аналоги, совместимые на уровне регистров сверху вниз с AD1848 и CS4248. Все имеют одинаковое расположение выводов и во многих случаях взаимозаменяемы в печатной плате при соответствующем добавлении, исключении или только изменении значений внешних пассивных элементов схемы включения. 2 Значения частот дискретизации для AD1848, CS4248 и CS4231/A выбираются из достаточно известного ряда 5,5125...48,0 кГц, а для AD1845 они могут быть установлены в диапазоне 4...50 кГц с шагом 1 Гц. 3 Выпускалась первоначальная версия AD1848J с небольшими функциональными отличиями и худшими параметрами. 4 Измеряется при -60 дБ от всей шкалы сигнала. Иногда так измеренный DR называют Instantaneous DR (IDR), чтобы отличить от встречающегося понятия Total DR (TDR). TDR определяется как отношение действующих значений сигнала всей шкалы к минимально достижимому шуму (обычно в отсутствие сигнала) и зависит от установок канала преобразования. Для ЦАП, если не указываются установки, - это полная аттенюация, но без Mute. 5 При измерениях используется фильтр с АЧХ, соответствующий кривой "A" чувствительности уха человека к малым сигналам (с А-взвешиванием). Иногда обозначается как дБ А. 6 Гармонические искажения + шум (Noise). |
Кодек | AD1819A | CS4297-KQ(6) | LM4545 | TLC320AD90 | TLC320AD91 | ||||||||||
Фирма | Analog Devices | Cristal Semiconduction (7) | National Semiconduction (8) | Texas Indtruments | Texas Indtruments | ||||||||||
Параметр | min. | typ. | max. | min. | typ. | max. | min. | typ. | max. | min. | typ. | max. | min. | typ. | max. |
Число разрядов | 16 | 18 | 18 | 16 | 18 | ||||||||||
Частота дискретизации | 0.4 | 0.4 | (3) | 0.4 | 0.4 | ||||||||||
Неравномерность АЧХ, дБ(4) | +/- 0.09 | +/- 0.5 | -(5) | -0.1 | 0.1 | -(5) | |||||||||
АА-взвешенный | 84 | 87 | 85 | 90 | 75 | 90 | 80 | 85 | 75 | 80 | |||||
АЦП: THD, % | 0.02 | -(5) | 0.02 | ||||||||||||
АЦП: THD+N, дБ | -87 | -80 | |||||||||||||
АЦП: THD+N, % | 0.004 | 0.007 | |||||||||||||
ЦА-взвешенный | 85 | 90 | 85 | 90 | 85 | 89 | 83 | 87 | 85 | 90 | |||||
ЦАП: THD, % | 0.02 | 0.01 | 0.03 | 0.01 | 0.02 | 0.01 | |||||||||
ЦАП: THD+N, дБ | -86 | -80 | |||||||||||||
| Примечания 1 Значения параметров, объединенных в одну строку для разных кодеков, взяты из справочных данных на них, в которых не всегда однозначно совпадают условия измерений, или они не полностью указаны. См. также примечания к табл. 1. 2 AD1819A допускает установку частоты дискретизации в диапазоне 7...48 кГц с шагом 1 Гц раздельно по левому и правому каналам, остальные кодеки имеют фиксированное значение частоты дискретизации 48 кГц. 3 Для LM4545 верхняя граничная частота по каналу АЦП составляет 20 кГц, а по каналу ЦАП - 21 кГц на уровне -1 дБ. 4 Для TLC320AD90 по каналу ЦАП минимальное значение неравномерности АЧХ составляет -0,5 дБ. 5 Отсутствие значения параметра в справочных данных предположительно означает его соответствие спецификации AC '97. 6 Имеется версия CS4297-JQ с худшими параметрами. 7 (www.national.com). 8. (www.ti.com). По стандарту AC '97 звуковая подсистема должна выполняться из двух микросхем, и обмен данными со второй микросхемой цифровой кодек производит в последовательном коде (приведенные в табл. 1 схемы имеют 8-разрядный интерфейс, ориентированный на шину ISA). В соответствии со спецификацией AC '97 кодек должен обладать следующими характеристиками: Проверка звуковой платы В любом случае - известны предполагаемые технические характеристики звуковой платы или нет - ее проверка с целью использования для задач сбора данных необходима. Поскольку предполагаемая область применения звуковой платы ограничится регистрацией и формированием сигналов кодеком, к основным проверяемым параметрам следует отнести: Методику проведения испытаний можно взять из документа "Personal Computer Audio Quality Measurements" на www.crystal.com. В качестве ПО для испытаний АЦП, вычисляющего спектральный состав его выходных данных с необходимыми при этом утилитами, годится упомянутое в разделе "Программное обеспечение". Вычислительные ограничения, способы их преодоления и интерпретация полученных результатов в приложении к АЦП представлены в различных документах на серверах www.analog.com, www.burr-brown.com. Проверка: подробности Для проверки АЦП кодека можно выбрать давно выпускаемый отечественный генератор сигналов типа Г3-118, рассчитанный на диапазон частот 10 Гц-200 кГц и имеющий малые гарантированные нелинейные искажения. В частности, коэффициент гармоник составляет для диапазонов частот: 100-200 Гц - 5ћ10-3 %; 200 Гц-10 кГц - 2ћ10-3 %; 10-20 кГц - 5ћ10-3 %. В комплект входит внешний режекторный фильтр (notch filter) на несколько фиксированных типовых и удвоенных типовых частот для подавления или основной частоты, или ее второй гармоники. Включение фильтра на выходе генератора позволяет дополнительно снизить его нелинейные искажения. При проверке параметров ЦАП, формирующего сигнал, ПО влияет на проверяемую систему. Использование режекторного фильтра для подавления основной частоты и регистрация побочных составляющих выходного сигнала - давно испытанный прием. Указания по проверке генератора Г3-118, имеющиеся в его комплекте документации, также могут быть полезны, пусть и не ожидаются от звуковой платы гармонические искажения менее 0,002%, как у него. Ограничиться паспортными данными на кодек в части взаимного влияния каналов достаточно рискованно, так как оно еще зависит от конструкции платы. Проведение этой проверки выполняется несложным способом на том же оборудовании. Более сложные измерения интермодуляционных искажений можно опустить, если остальные полученные параметры соответствуют характеристикам кодека. Изготовители кодеков часто их гарантируют тоже без испытаний. Если звуковую плату предполагается использовать в задачах, где абсолютная погрешность по оси частот имеет второстепенное значение, то при определении погрешности установки частоты дискретизации достаточно точности генератора сигналов. В противном случае потребуется еще частотомер для контроля частоты выходного сигнала генератора. Эту проверку достаточно провести только для канала АЦП и на одной частоте (обычно 44,1 кГц), если в кодеке используется один кварцевый резонатор. Если используются два резонатора, то для WSS-кодеков вторую частоту можно взять из ряда: 8; 9,6; 16; 27,4; 32; 48 кГц в зависимости от того, какая из них поддерживается используемыми драйвером и ПО. Для других типов кодеков с двумя резонаторами следует исходить из описания или проводить проверку на всех доступных частотах дискретизации. Если предполагается использовать программируемые усилитель по каналам АЦП и аттенюатор по каналам ЦАП, необходимо определить, в какой степени неопределенность их коэффициентов передачи повлияет на точность в конкретной задаче. Полная их проверка довольно трудоемка. При использовании программируемого усилителя по каналам АЦП следует обязательно проверить динамический диапазон и уровень нелинейных искажений при максимальном коэффициенте усиления. Факты их заметного роста отмечены. Наличие эффекта наложения частот для АЦП проверяется исходя из определения явления, а также анализа получаемого вклада в уровень шумов. Она несложна, и лучше ее не опускать, даже если в описании кодека указано о решении этой проблемы. Для плат с кодеками AD1845, AD1846 и AD1848 проведение проверки обязательно, так как они требуют применения внешнего нормализующего RC-фильтра. Для кодеков производства Crystal Semiconductor такой внешний фильтр не требуется. Может возникнуть искушение использовать для проверки АЦП кодека его ЦАП, или наоборот. Такой подход не выглядит метрологически корректным. Достоверность результатов не гарантируется, поскольку характеристики АЦП/ЦАП не известны, и для них имеется несколько общих источников погрешностей, в том числе: системный шум, питание, опорное напряжения, тракт формирования частоты дискретизации. Эффект влияния последнего фактора, кроме как источника одинаковой систематической ошибки, заключается в том, что кратковременные флуктуации параметров кварцевого резонатора и схемы его возбуждения приводят к нестабильности частоты дискретизации и, как следствие, к снижению отношения сигнал/шум. При проведении проверки и эксплуатации установленной в корпус компьютера звуковой платы, работающей с широкополосными сигналами, не стоит забывать о возможном влиянии всякого рода помех. Источниками их являются ключевые источники питания в системном блоке, в мониторе, на многих типах материнских плат или в других блоках и платах, дисплейная подсистема, линии связи и т. п. Эксперименты с изменением взаимного расположения блоков, плат и соединительных кабелей могут существенно снизить уровень помех. На рост помех также сильно влияют способы выполнения соединений и заземлений внешних устройств. Было замечено, что кодеки, выпущенные в разное время (разные партии), могут заметно отличаться друг от друга, например, динамическим диапазоном (естественно, в пределах лимитных значений). Это означает, что, если попалась одна очень удачная звуковая плата, не факт, будто следующая окажется такой же: для микросхем, отнесенных к классу аудио, характерен достаточно большой разброс параметров. В последний момент Когда статья была уже готова и находилась в редакции, стало известным решение в части ПО для звуковых плат, которое заслуживает хотя бы краткого упоминания. Германская фирма GfS (www.gfs-inc.de) свою систему сбора и обработки DIAdem (Windows 3.1, 95, 98, NT) расширила драйвером звуковой платы. Этот пакет, достаточно своеобразный, не требует знания языков программирования и основан на построении функциональной схемы и описании связей и переменных. Теперь в одной среде можно проводить сбор данных от звуковой платы, их обработку, визуализацию и документирование (в реальном или квазиреальном времени, в зависимости от быстродействия PC и сложности обработки). В явном виде вопросы калибровки платы, что гарантировало бы какую-то достоверность абсолютных значений получаемых результатов, не предусмотрены. Программируемость системы позволяет решить эти вопросы, в том числе с помощью создания специальной программы определения параметров звуковой платы. Для проведения обработки в частотной области в системе DIAdem имеются блоки FFT (БПФ), спектральных окон, усреднения, трехоктавного анализа, цифровой фильтрации со значительным набором подвариантов их выполнения. Для начинающего пользователя их быстрое освоение может оказаться тяжеловатым, а Help выглядит чересчур лаконичным. Стоимость DIAdem по прайс-листу фирмы - от 2250 (Starter Kit) до 3980 (стандартный вариант) немецких марок и более. Но для университетов и государственных исследовательских институтов предусмотрены скидки в четыре раза, то есть от 560 марок. 1 (обратно к тексту) - За шестнадцатью разрядами скрывается именно разрешающая способность, а не точность. Последняя нередко существенно хуже. Определение точности АЦП/ЦАП является главной задачей для определения применимости звуковой платы в системах контроля и регистрации данных. Употребляемые в звуковых платах кодеки часто называют Multimedia Codec, чтобы подчеркнуть их целевое назначение и не смешивать с другими типами кодеков. Они выполняются по схемам преобразователей сигма-дельта. Теоретические основы этого типа обработки сигналов можно найти в книге Р. Стила "Принципы дельта-модуляции", М.:, Связь, 1979. Схемотехнические подходы, реализация и сравнительные характеристики сигма-дельта-преобразователей хорошо представлены на Web-сервере фирм Analog Devices (www.analog.com), Burr-Brown (www.burr-brown.com) и подразделения Cirrus Logic фирмы Crystal Semiconductor (www.crystal.com). Analog Devices и Crystal Semiconductor также давно являются производителями кодеков для звуковых плат. 2 (обратно к тексту) - Физически это означает, что для взятых во времени отсчетов одного гармонического сигнала всегда найдется другой гармонический сигнал более высокой частоты, который пройдет через эти же отсчеты. Таким образом, результат работы АЦП для таких двух сигналов будет одинаков. Исключение эффекта наложения частот достигается включением на входе АЦП аналогового нормализующего фильтра нижних частот (antialiasing filter), осуществляющего удаление входных сигналов АЦП с частотами выше представляющего интерес диапазона частот. Порядок этого фильтра тем выше, чем ближе верхняя граница диапазона частот к половине частоты дискретизации и выше разрядность АЦП. Нормализующие фильтры 8-го и выше порядка для АЦП на 12 и более разрядов - обычное явление. Для сигма-дельта-АЦП (вследствие его принципа действия) входной аналоговый нормализующий фильтр получается обычно первого или второго порядка, а дальнейшая фильтрация осуществляется цифровым способом. В задачах, где требуется разное спектральное разрешение, достигаемое путем обработки сигналов с разными частотами дискретизации, необходимо перестраивать по частоте нормализующий фильтр. Перестраиваемый аналоговый фильтр высокого порядка на входе АЦП и не ухудшающий его характеристики - сложное и дорогое устройство. В сигма-дельта-преобразователях, допускающих изменение частоты дискретизации, в таких случаях перестраивается внутренний цифровой фильтр. 3 (обратно к тексту) - Параметры DR и SNR очень часто взаимозаменяемы и определяются как отношение максимального действующего значения сигнала (Full Scale) к действующему значению шумов в присутствии сигнала без вклада в них его гармонических искажений. Шумы измеряются при удалении из результатов составляющей основной частоты или при малом значении сигнала, обычно -60 дБ от всей шкалы, или из результатов также исключаются составляющие на частотах, кратных частоте измерения. 4 (обратно к тексту) - Ее можно попытаться снизить до 5 Гц (распространенное характерное значение) способом, описанным в разделе "Снижение нижней граничной частоты звуковой платы".
© 2004, Издательский дом «Компьютерра» | http://www.computerra.ru Телефон редакции: (095) 232-22-61 E-mail редакции: inform@computerra.ru |