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 楼主| 发表于 2017-9-29 21:56 | 显示全部楼层
flyingf 发表于 2017-9-29 20:51
我看了你的量測結果,挺厲害的。
噪聲高了些,我對類比噪聲分析比較熟悉,
數位電路的噪聲控制方面是不是 ...

感谢关注和鼓励。
是的,总体地说,在噪声控制上,数字功放是比设计优良的模拟功放要做更多工作,需要关注的方面,包括PSRR、开关噪声、芯片内部DSP精度决定的量化噪声等。

不过也不用担心,因为这次看到的噪声实测结果,不全是数字功放芯片本身的噪声——由于我的作品里输入的是模拟信号,还有模拟信号放大和ADC环节,这两个环节的噪声与数字功放芯片的噪声叠加在一起,组成了看到的噪声实测结果。

可以查查作品用到的STA350BW的datasheet,看看芯片的动态范围指标,能更好地评估芯片在作品里的工作水平。需稍加注意的是,与datasheet中的是有A计权的,论坛这次测试大家作品时,实测噪声结果并没有A计权。通常换算时,如果本底噪声在频谱上是平坦的,A计权的信噪比会比不计权的数值提高约3dB。
数字技术好好做,可以做很多事情。

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发表于 2017-9-29 22:08 | 显示全部楼层
edithli 发表于 2017-9-29 21:39
哈哈,学习积累主要还靠线下。
所以,那我在这里推荐几篇阅读资料,大家按需搜索,以增进了解和学习,也 ...

   面对这些 ,我只能引用坛子里一句话  -------学习了。

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 楼主| 发表于 2017-9-29 22:49 | 显示全部楼层
超低失真之梦 发表于 2017-9-29 22:08
面对这些 ,我只能引用坛子里一句话  -------学习了。

加油,Step  by  step.  

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 楼主| 发表于 2017-9-30 11:39 | 显示全部楼层
蒙特卡罗分析

这一楼,是向大家简要介绍一个验证设计有效性的方法——蒙特卡罗分析。我个人认为,掌握这个方法,对我们DIYer很有帮助。它也提示我们,DIY不是业余,不是盲目,不是摸着石头过河;DIYer不必妄自菲薄,DIY是善用科学的分析方法,可以做好,乃至专业。

这次制作简易低通滤波器时,因时间有限,只能优先选用手边已有的常规器件,因此我自己就使用了这个方法,用于评估实际器件误差对最终设计的影响,并优化设计。
蒙特卡罗分析方法是数学家冯-诺依曼提出的,利用概率统计理论的仿真方法,通过容差分析,判断整个系统是否满足设计要求,从而指导器件的容差选择。更详细的,大家可以进一步搜索学习。
这个方法能帮助我们直观地理解理论仿真与物理实现之间的距离——由于实际器件的精度误差是客观存在的,如果设计方案对器件的误差过于敏感,那么基于方案的可靠性和有效性,我们就应当修改、优化设计方案,使其尽量降低对器件精度的依赖。


图132.蒙特卡罗分析_自制简易滤波器_monte_carlo

图132.蒙特卡罗分析-自制简易滤波器_monte_carlo.JPG
和这件作品在设计阶段采用的仿真软件一样,是NI公司的Multisim 10。

上图仿真的曲线,是为我设计的简易低通滤波器电阻R1设置了70%的容差(高斯分布)、仿真6次的频响曲线,再加上无容差的1次仿真,图中一共有7条曲线。从图中曲线和下半部分参数表中,可以清晰地看出电阻R1数值的变动对频响曲线的影响和变化趋势:
——当R1的电阻在15欧的时候,带内的频响最平坦,随着R1减小,带内的响应出现峰值,并且在将近40K频率处也出现峰值,这种趋势随着电阻值的减小而增强。
——当R1的电阻值大于15欧的时候,带内的响应出现衰减,并且,接近40K频率处的峰值幅度也随之减小。
他们的趋势都是阻值越大,衰减得越多。综合评价R1选择为15欧标称值时,综合性能最好。
同时,可以看出,当R1的阻值在变化10%的时候,带内的频响变化度都很小,所以完全可以选用通常的5%精度的电阻,即可满足设计需要。

上面的图是只仿真了一个器件的,比较简单,它还可以进行更复杂的多器件联合仿真。大家可以在实践中,大胆地使用仿真工具和体会它带来的利益。


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DIY大赛获奖

发表于 2017-9-30 16:02 | 显示全部楼层
这是参赛帖里最有营养的帖子了,可惜最终测试结果偏重以模拟功放的方法为依据。数字功放的带外噪声较高,虽然听不见,扬声器也会衰减部分,但肯定有能量输出,不影响听感不等于不影响神经系统。曾经有台自激的功放,发热正常,应该自激不严重,就用耳朵贴高音听噪音(没仪器用的傻办法),结果耳鸣了好几天。这又牵涉到跨学科的问题了。听说手机芯片不用低通滤波,那能用免提尽量用免提了。

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 楼主| 发表于 2017-9-30 17:07 | 显示全部楼层
bsmshcn 发表于 2017-9-30 16:02
这是参赛帖里最有营养的帖子了,可惜最终测试结果偏重以模拟功放的方法为依据。数字功放的带外噪声较高,虽 ...

感谢鼓励和肯定。WISH 你的耳朵~.  

这个问题,尝试从频率的角度分析:

你听过的这台自激的功放可能自激的频率还不够高,高音单元还可以响应出来,进而让你在听的时候产生不舒适。而D类功放、数字功放至少三四百K以上的开关频率,及其他更高次谐波,是高音单元所不能响应的,剩下的就是通常的电磁辐射,设计良好的就不会多大;对于这么高的频率,通常用的长度和粗度的喇叭线,也可以发挥不错的滤波器的效果了。由于,并没有超声波噪声产生,所以,一般说来,这个状态不会对听觉神经造成影响。

现在的笔记本、平板电视和锂电池供电的便携式音响主要也通常采用D类功放或者数字功放。

手机芯片的情况,也不用辣么担心。手机内置的音频功放芯片虽然没有低通滤波,但是都会有采用像磁珠这样的器件,串在信号路径上,来衰减声音通道的高频噪声能量;并且,像手机这种通讯器材会经过严格的电磁兼容性测试,所以,这方面不必太担心。不过,多用免提是有道理的,因为手机的辐射主要来自射频,跟BASE Station 通讯的射频信号,这个辐射可以注意一下。

在现在这种的电磁环境中,开关式功放确实增加了电磁环境的复杂程度,需要更加深厚和宽广的知识储备和更加良好的设计去改善,甚至需要更加创新的技术实现形式。

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 楼主| 发表于 2017-10-1 10:22 | 显示全部楼层
刚开始参加这次比赛时,遇到五四青年节,立了一个flag:我是一个好青年。提醒自己,好好参加这次比赛,认真设计制作这件作品。
今天,再备忘国庆节:祝福中华人民共和国68岁生日快乐!提醒自己,珍惜光阴,不负韶华。

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发表于 2017-10-2 22:49 | 显示全部楼层
edithli 发表于 2017-10-1 10:22
刚开始参加这次比赛时,遇到五四青年节,立了一个flag:我是一个好青年。提醒自己,好好参加这次比赛, ...

感谢提供这么多好的设计方法和优秀的文献资料。十一厂长假,补课充电,我也很想做出各个芯片datasheet性能,呵呵。期待发布更多理论和实战结合的帖子供我等学习。再次感谢!
友情提示:可以尝试一下用IIS输入来尝试STA350BW这颗芯片的极限性能。另外不知LZ是否有制作模拟功放的计划,到时也可以和数字功放来个对比。

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 楼主| 发表于 2017-10-12 17:49 | 显示全部楼层
本帖最后由 edithli 于 2017-10-12 17:58 编辑

    啦啦啦~~这次DIY大赛,论坛官方以公布测试数据和发布排名结果为结束,略觉仓促,略显简单,略有遗憾,略望加油……
    不过,自己对这次参赛的要求和学习还在继续~~
    从对自己的技术、作品和坛友们的关注负责的角度来说,也为更全面地更科学地看待自己这件作品,并激励自己提高成长,我认为对自己的作品做一个有价值、有意义的分析解读和总结十分必要。因此,我做这个总结,并与大家分享。
    以下,先开头,各部分陆续发~~


十、测试解读、听音综评与参赛总结
这个总结由三部分组成,
    首先,以论坛官方发布的我的作品的客观测试结果(再次测试的)为依据,以本贴开帖之初(2楼)的“设计目标”为标准,先从客观性能进行评价,并揭示AP测试给出的“几个参数”、“几条曲线”背后更多的信息,帮助大家更客观、更深入地理解客观测试这个环节。这里,还会补充分析在第一次未能正确测试时,其测试图中的几个“谜团”~~哈哈哈~~
    接下来,是个人主观感受和听音综评(本想着这一次参赛,论坛官方会出主观听音报告,但是没有,所以继续自力更生~~)。这部分由于各自器材搭配和听音环境、喜好的不同,仅供参考。
    然后,是一些参赛感受和与作品相关的想谈的其他内容。这部分可能会比较杂,略带随意,总之畅所欲言,不必拘谨约束了自己,也欢迎大家随时参与讨论呀\(0^-^0)/~~~

1.客观测试数据的分析与解读
    虽然我们大多数DIYer没有专业的测试仪器,但是对与客观测试的知识和方法的认知、了解、分析乃至掌握应当是DIYer的基础素养。对于客观测试,我个人认为,既不必觉得高高在上,也不要疏远怠慢,哈哈哈哈~~~要把这当作我们DIYer的一个好朋友、好搭档,它会揭示很多信息和秘密,指引我们一步一步地发现和解决问题,我们则可不再是靠看、靠听、靠想、靠感觉。对此,我们要做的就是加油加油啊q(≧▽≦q)啦啦啦~~


测试条件AP2722,自制简易滤波器,电阻假负载
AP设置模拟信号发生器(Analog Generator):Unbal-Float,0dBr=387.3mV,Zout=20Ω
          模拟信号分析仪(Analog Analyzer):XLR-Bal,100k,20KHz,AES-17
133.test_chain_setup
图133.test_chain_setup.jpg

134.作品设计目标
图134.作品设计目标.jpg


下面,我们对照设计目标,用实测数据进行评估

(1)增益   
135.THD_
图135.THD_.jpg
目标:约12dB
测试:首先从模拟信号发生器的设置换算出输出信号幅值大小——见图135,左边两个红框框出的数值,信号幅值为-6.000dbr,而0dbr设置为387.3mV,由此,换算出信号发生器当前幅值为387.3×10E(-6/20)≈194mV.;同时,此输入信号时,功放输出电压可从Analog Analyzer直接读出紫框中的651.0mV。进而得出,功放的增益为20Log(651.0÷194)=10.5dB。
    小评:这个值略小于设计目标,相差不到1.5dB,不过可以在硬件、软件上都可以很方便地调整实现,无伤大雅。

(2)额定输出功率
136.THD+N v.s. Input level in dBu
图136.THD+N v.s. Input level in dBu.jpg
目标:额定功率2×30W(THD=1%),
测试:图136中,横坐标给出的是AP模拟信号发生器的输出信号幅值,也就是功放输入信号的幅值,不够规范,为了能更直观地从图上读出最终功放输出功率的幅值,我们同样需要换算,过程如下(基础知识,略带科普~~):Step1.将图中横坐标的数值(即以dBu为单位给出的)+功放的增益(10.5dB),得到以dbu为单位的输出电压值;step2,把这个输出电压值转换成以瓦(W)为单位的功率值。

我把几个位置的功率数值替换标注上,见下图137,方便观测查询。
图137.THD+N v.s. Output_Power
图137.THD+N v.s. Output_Power.jpg
    小评:由曲线可得在THD+N为1%的情况下,输出功率约为29.2W,(未计入自制简易低通滤波器的插入损耗),可算是比较准确地符合了设计目标~~

(3)满幅动态范围
138.noise_figure
图138.noise_figure.jpg
目标:大于90dB(A计权)
测试:这里粗略地采用:额定输出功率下的电压值÷静态时的本地噪声,来近似地估算动态范围。由图138曲线可知,本底噪声约为311.5uV,计算过程:(29.2W×8Ω)^0.5=15.28V,DR=20Log(15.28V/311.5uV)≈93.8dB,即满幅动态范围约为93.8dB。这个值是未进行A计权的结果,如果A计权,数值增加约3dB,即96.8dB.
    小评:此结果优于目标值。(⊙﹏⊙)不错,不错~~

(4)其他设计目标
其他设计目标中的内部采用率96KHz,由编程实现,并已经在本帖的图55得到验证啦~~
其他功能,如DRC、保护等,均由软件编程实现,实际工作稳定可靠,(≧∇≦)。



待续~~~~

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发表于 2017-10-14 16:28 | 显示全部楼层
看了贴主161楼引用的第一个参考文献--LC Filter Design,有个疑问。TI文档里面的放大器输出级都是AD或者BD调制,波形见下图:
TI_AD.JPG
TI_BD.JPG

而STA350BW的输出级工作在DDX方式,ternary PWM,不知道和TI上面的两种模式有多大的差别。而在STA350BW的大塔sheet上面也只找到了多通道之间的时序关系图,如下:
DDX.JPG


他们输出级信号调制方式的不同,在后面滤波器的考虑和设计上是不是一样的呢?我查询了几个ST公司数字功放芯片的datasheet,都是这种差模的滤波器,而TI的高性能D类功放芯片也有对地共模滤波器的设计,比如TPA3251,不知贴主研究过差别没有。

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 楼主| 发表于 2017-10-16 11:31 | 显示全部楼层
mc3362大锅~~谢谢您的提问~~哈哈哈哈
   
    ternaryPMM输出级的调制方式,确实不同于TI的AD或者BD方式。
    为了直观对比,贴出它的时序图,OUT+和OUT-是分别输出正负半周波形的,而在OUT+(或OUT-)输出半周波形的时候,另一个输出脚是damp到GND的,所以这样看来,其实ternary PMM调制方式在信号周期的大部分时间内,OUT+和OUT-管脚都是damp到“地”的,这也是“DDX Damped Ternary”名称的由来吧。这种调制方式相比传统方式,可以提高PSRR,而且还可以减少带外EMI辐射,有研究称这种调制方式可以比传统减少16dB的无用带外射频能量。

图139. DDX Damped Ternary
图139. DDX Damped Ternary.JPG


图140. DDX Damped Ternary outputs
图140. DDX Damped Ternary outputs.JPG


输出滤波器的设计方面,TI的这篇应用文档AN 分别讨论了共模方式和差模方式,相关的方法我也在STA350BW这颗芯片上在试验,如果有了成果,我也会拿出来讨论,欢迎关注呀~


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发表于 2017-10-22 15:33 | 显示全部楼层
让更多的爱好者看到。学习到很多,受教了。谢谢楼主。

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edithli 发表于 2017-9-28 17:27
九、简易低通滤波器(AP测试配件)制作

为什么用AP音频分析仪测试我的作品需要一个外置的低通滤波 ...

好帖,严谨而且灵活的DIY精神。

有闲空的其实可以复制一个AUX-0025,原理图如下(资料为网络上收集):
AUX0025-SCH.gif

Multisim仿真:
AUX-0025_仿真1.gif
------------------------------------------
AUX-0025_仿真2.gif
------------------------------------------
AP官方的资料:

AUX0025

AUX0025


0025的内部图片论坛就有网友发过:
http://bbs.hifidiy.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1171913&highlight=%B2%F0%BD%E2

由于实际制作时元件参数的容差,VR可用来校准频响曲线,最好就用AP来校,方便快捷,没有AP用个高品质录音声卡+PC软件也行,基本也能用。

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59401 发表于 2017-10-22 18:40
好帖,严谨而且灵活的DIY精神。

有闲空的其实可以复制一个AUX-0025,原理图如下(资料为网络上收集) ...

呦,这个有点意思,抽空照着做一个留着测试用,感谢分享。能稍微说一下设计方法么?这样就更好了。另外,等贴主本次参赛总结的更新,貌似有一段时间都没更新帖子了。

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 楼主| 发表于 2017-11-25 10:21 | 显示全部楼层
59401 发表于 2017-10-22 18:40
好帖,严谨而且灵活的DIY精神。

有闲空的其实可以复制一个AUX-0025,原理图如下(资料为网络上收集) ...

非常感谢提供分享了这么好的资料。

最近没有来更新帖子,迟来的感谢,非常地感谢。

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点赞,学习了

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图文并茂,看着就是一篇美文!
看来楼主很用心的在做一个作品。
佩服楼主软硬兼备。
多做些产品和大家分享……

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 楼主| 发表于 2018-9-29 14:35 | 显示全部楼层
xiaojiang533 发表于 2018-9-8 17:40
图文并茂,看着就是一篇美文!
看来楼主很用心的在做一个作品。
佩服楼主软硬兼备。

感谢鼓励!感谢支持!共勉!

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回顾经典,帮顶了。话说贴主在160楼列出的文献也都很有参考价值,再次表示感谢!

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 楼主| 发表于 2019-1-23 09:33 | 显示全部楼层
mc3362 发表于 2019-1-4 10:08
回顾经典,帮顶了。话说贴主在160楼列出的文献也都很有参考价值,再次表示感谢!

不客气呀~~是161楼啦~~O(∩_∩)O哈哈~
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