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2019年8月 2日 (金)

量子力学 dcs Elgar DAコンバータ 5bit Ring DAC の解析 2

08021daコンバータをトランス結合した概念図で、2018年8月24日のエントリーは丁度1年前か...「スーパーdaコンバータ開発構想いや妄想のシステム図がこれ。回路は誰でもdacでcs8412にdf1700にセカンドpll...アナログアイソレーションアンプとする。これで聴いたコトのない分厚くノイズの無い妙なる再生音を出したろ!」としたが、dcs Elgar DAコンバータのお陰でだいぶズレているコトが分かる。この時点でdaコンバータの音作りはデジタル側にあると、ある程度は見通せたが、現在ならばまるでデジタル側と断言できる。この1年でdaコンバータに対する考え方が随分変わったものだ。但しdaコンバータをトランス結合する方式は、正に未来を予言していたのだ。

08020画像出展:Analog Devices
daコンバータの電流出力をトランス結合した場合の優位性は「2007 Analog Devices AN-912 アプリケーション・ノート平衡電流出力DACによるセンタータップ付きトランスの駆動」に詳しく述べられている。音色激変を望むならば参考にされたい。2007年とあるが、とにかく昔この論文は読んだが、トランス結合否定派時代だったので「ほんまかいね?」程度で読み流した。それが今ではバイブルになるのだから、人生分からないモノだ。「トランス結合によってDAC出力と最終負荷との間がDC的に絶縁されることです。これはDAC出力に存在する同相ノイズ信号の除去にも効果的です。トランス結合はDAC出力間の不平衡から発生する偶数次高調波成分を削減することも可能です。トランスはすべて帯域幅の制限があるため、これを利用してDACの出力スペクトルに一般的に現れるナイキスト・イメージを抑止する」と決定的なコトが書かれている。これはどんなopampを使っても無理だし、opampを売らねばならない立場のアナログ・デバイセズ社が何でトランス?と正直さに感心する。

080235bit Ring DAC基板をうなされるほど眺めて調べている。夢の中で「ココを見ろ!」とあったので、ガバッと起きて午前2時頃慌てて店に出る。その時ロボット仲間のm氏にメールしたものだから、昨日みえた時「午前2時の出社ですか~!」と呆れていたが、昼間寝ているから問題ないと言い訳をした。とにかく四六時中考えているコトが老化防止の原点と心得ている。以前ofc純銅コンデンサでアナログ信号を引き抜いた場所でtp11とtp12を同時に観測すると差動信号になっており、ここから差動トランスに?と思ったが既に電圧信号でopamp出力にドライブ能力がなければ接続できない。

08025これが1khzサイン波cdを回した時の差動出力になり、オフセットが2vほど付いている。この差動出力は電流電圧変換し、低次のフィルターを通した電圧になり、完全オーディオ信号だが...ん?やけにノイズが多い!そこでオシロスコープtds784dをdpo(デジタルフォスファ)にすると、サイン波が大いに滲んでノイズの存在が明らかになる。今までは詳細に観測していなかったので分からなかった。

08027そこで詳細に調べるためにtds784dの4ch使用を止めて、1ch使用にした。1ch使用では最大4g sampleを誇る。gndポイントでノイズは大幅に変わるため、測定ポイントtp12の直近にgndポイントを見つけて端子を設けた。プローブのgnd線は最短のものを選んで付けた。これが高周波ノイズ測定の基本となる。

08028x先ずはcd動作前のtp12の信号を見る。ノイズが高周波で盛大に出ており、これはopampのコモンモードで除去できずスルーしてきたもので、これが一番怖いノイズなのだ。それといくらdcs daコンバータのデジタル&アナログ技術が進化しても、これだけの高速ノイズではアイソレーションしない限り消せない。その後のdcsでは対策がなされているのだろうか?真の意味で音は良くなっているのだろうか?

08029x続いて1khzサイン波cdを回してみる。大きなスルーノイズで、これが何となくノイジーな信号の正体だった。にわかには信じ難いので詳細はこれからゆっくり調べるが、opampでは到底処理しきれず、こうゆう超高速スルーレートが入った場合のopampの挙動について、保証は何も無い。もしこれが事実ならば、dcs daコンバータアナログ回路の最大の弱点となる。

08026我田引水力学だがAN-912 アプリケーション・ノートから「トランスをDACの出力結合に使用すると、DAC出力のDC不平衡がすべて効果的に阻止されます。スペクトルをトランスの出力側で観察すると、偶数次高調波成分が大幅に削減されます。DAC出力間のダイナミックな不平衡の影響を阻止できます。ただし、AC不平衡を阻止するトランスの能力は、トランス固有の縦方向平衡レベルに依存します...トランスの縦方向平衡レベルを制限する最も一般的な要因は、巻線内部の寄生容量結合です...」とゆう結論で、差動トランスしかノイズ除去の方法はありませんな。早速名工ミルトさんに試作差動トランスの精密巻き線をお願いせねば。

08022xおまけです。
dcs daコンバータにはバランス出力がある。このバランス出力は差動でコモンモードノイズは除去するとあるが、余りにも超高速スルーレートでコモンモードにならないから差動演算してもノイズだらけになる。バランスとは一体何ぞや?

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