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FPGA & Class D - es geht weiter
#21
Zitat:Original geschrieben von Sven

Nabend Zusammen,

erst einmal danke für euer Feedback.

Ich bin ein wenig überrascht, dass die Nichtlinearitäten der Drosseln scheinbar nicht so sehr ins gewicht fallen - das lese ich jedenfalls aus den Antworten herraus.

Insbesondere überrascht mich die Aussage, dass der Einfluss der Nichtlinearität zu tiefen Frequenzen keinen Einfluss haben soll (das lese ich aus dem Beitrag von Voltwide). Ich meine, dass die nicht linearität der Drosseln auch einen Einfluss bei DC hat. Ein Gedankenspiel hierzu:
Um so weiter ich die Drosseln in die Sättigung fahre, um so weniger ist der Strom in den Drosseln dreieckförmig. Der Stromverlauf innerhalb einer Periode ähnelt dann immer mehr der Kontur eines Eiffelturms (http://upload.wikimedia.org/wikipedia/co..._Daten.png).
Dieser Effekt führt meiner Meinung nach auch zu einer nichtlinearität über einen DC-Sweep - oder anders gesagt, die Ausgangsspannung ist nicht linear abhängig vom Tastverhältnis der PWM und somit auch bei DC vorhanden.


Achja, ich hab mich jetzt erstmal für Drosseln von Ice-Power entschieden. Diese sind zumindest Pin-Kompatibel mit denen von Sagami. Alle anderen vorgeschlagenen Drosseln werden dann im Weiteren betrachtet. Smile

Grüße,
Sven

Die Impedanz der Drossel fällt mit der Frequenz gemäß Z = 2*pi*f*L, und damit ihr möglicher Beitrag zu nichtlinearen Verzerrungen.

Für 10uH und 100Hz wäre Z = 2*pi*100*10u =6mOhm.
Also würde hier die Impedanz im LS Kreis bei Sättigung um 6mOhm fallen.

Entsprechend niedrig wären die zugehörigen nichtlinearen Verzerrungen.

Dabei habe ich noch angenommen, dass die Induktivität auf Null fällt, also 100% Sättigung vorliegt. In der Praxis wird man die Drosseln bemessen für höchstens 20% Induktivitätsverlust bei max Spitzenstrom.
...mit der Lizenz zum Löten!
 
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#22
Zitat:Für 10uH und 100Hz wäre Z = 2*pi*100*10u =6mOhm.
Also würde hier die Impedanz im LS Kreis bei Sättigung um 6mOhm fallen.
Genau da gehe ich (noch) nicht mit. Ich betrachte nicht die NF, sondern das was innerhalb einer Schaltperiode (Schaltfrequenz 200kHz bis 1MHz) passiert. Wird hier die in Sättigung gehende Spule betrachtet, fällt auf, dass die Ausgangsspannung nicht linear zum Tastverhältnis des Schaltreglers ist. Ich folgere darraus, dass die Nichtlinearität (in erster näherung) unabhängig von der Frequenz und abhängig von der Amplitude des modulierenden Signals ist.
 
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#23
Das ist allerdings ein interessanter Ansatz. Und da die Gegenkopplung bei den landläufigen IC-D-Amps vor dem LC-filter ansetzt, würde dieser Effekt in keiner Weise korrigiert.

Das sollte man mal in Spice simulieren, nichtlineare Induktormodelle müßten zu finden sein.

...mit der Lizenz zum Löten!
 
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#24
Nabend,

ich hab dazu mal eine Simulation gemacht (siehe angehängte Datei).
Zu erkennen sind zwei LC-Ausgangsfilter die mit einer 500kHz PWM von 0 bis 1V angesteuert werden. Moduliert wird die PWM mit einem Sinussignal 1kHz, 0,25V Amplitude und 0,5V Offset.
Der untere Zweig enthält mit L2 die nicht linieare Spule. Die Nichtlinearität wird dadurch abgebildet, dass die Induktivität in Abhängigkeit des Stroms sich verändet (siehe Gleichung flux = ...) Die Links geben die Quellen an, von denen ich mir die PWM-Generierung sowie die nicht lineare Drossel gezogen habe. Das Modell an sich ist schon sehr "widerspenstig". So konnte ich es nicht mit einer PWM von -1V bis 1V ans laufen bringen - meine Spice-Kenntnisse sind dafür einfach zu gering Smile.

Ich denke aber, dass die Simulationsergebnisse das von mir angesprochene Verhalten bestätigen. Im Zeitbereich wie im Spektrum lässt sich im Vergleich zur idealen Spule ein nicht lineares Verhalten auch bei Frequenzen im Audiobereich zeigen (siehe beigefügte Plots).

Grüße,
Sven
 
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#25
Noch das LTSpice-File
 
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#26
Dann wohl doch lieber filterlos. Smile
 
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#27
Im Gegenteil: Die schlechtesten Eisenpulver-Ringkerne machen endlich den warmen, angezerrten Ton von 2x EL34 welche mindestens 20 Jahre in der Taiga zwischengelagert worden sind.

Um auch k2 zu erzeugen, braucht es allerdings eine gewisse Asymmetrie.
Also die eine Seite der Brücke induktorlos, die andere mit.

Alternativ kann man natürlich auch die nichtlinearen Kerne mit Gleichstrom vormagnetisieren.

Jupp, ich rieche schon das allerneueste Schlangenöl! Tongue
...mit der Lizenz zum Löten!
 
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#28
Hallo Zusammen,

ich bin euch noch etwas Schuldig  Smile

https://www.tigris.eu/wp-content/uploads...160329.pdf

Aus diesen Reihen kamen die entscheidenden Tipps, die mich in die richtigen Bahnen gelenkt haben - Vielen Dank!

Grüße
Sven
 
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#29
(09.10.2017, 08:50 AM)Sven schrieb: Hallo Zusammen,

ich bin euch noch etwas Schuldig  Smile

https://www.tigris.eu/wp-content/uploads...160329.pdf

Aus diesen Reihen kamen die entscheidenden Tipps, die mich in die richtigen Bahnen gelenkt haben - Vielen Dank!

Grüße
Sven

Hey, saubere Arbeit! hail hail hail
...mit der Lizenz zum Löten!
 
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#30
jo, sehr schön. ;respekt
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#31
Hut ab! Du hast viel Zeit in die Grafiken investiert. Das gefällt ;-)
 
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#32
Hallo,

freut mich das es euch erstmal gefällt.

Die Frage wie es weiter geht. Das eigentliche Ziel dieser Arbeit ist ja die DA-Wandlung ganz nach hinten in die Signalkette zu schieben. Da bin ich jetzt einen deutlichen Schritt weiter.

Aber wie geht es jetzt weiter:
Welche Kritikpunkte habt ihr?
Hat dieses Konzept in DIY-Bereich eine Zukunft?

Grüße
Sven
 
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#33
(10.10.2017, 10:16 AM)Sven schrieb: Hallo,

freut mich das es euch erstmal gefällt.

Die Frage wie es weiter geht. Das eigentliche Ziel dieser Arbeit ist ja die DA-Wandlung ganz nach hinten in die Signalkette zu schieben. Da bin ich jetzt einen deutlichen Schritt weiter.

Aber wie geht es jetzt weiter:
Welche Kritikpunkte habt ihr?
Hat dieses Konzept in DIY-Bereich eine Zukunft?

Grüße
Sven

Ich habe eben nicht die Muße, das erschöpfend abzuarbeiten. Von daher habe ich Deine Arbeit auch nur überflogen.
Mein Eindruck ist, dass Du eine Performance realisiert hast, die sich der neuesten TI-Analog-Generation annähert.
Das an sich ist schon recht beachtlich.
Eine weitgehend digitale Signalverarbeitung ist sicherlich zeitgemäß, Class-D-Amps mit analog-Eingang werden auch irgendwann verschwinden.
Vlt könntest Du mal eine Bestandsaufnahme des Erreichten machen indem Du Dein Konzept vergleichst mit z.B. TPA3255.
Vergleiche technische Daten (F-Gang, Ausgangsimpedanz, THD, IM ...Wirkungsgrad....Versorgungsspannungsunterdrückung) und auch features wie softstart/Ein-Ausschaltgeräusche, Übertemperatur- und Überstromschutz, max Betriebsspannung usw. usf.

Zu einigen Details im Fein-Tuning (Totzeitverzerrungen) könnte choco wohl auch etwas beitragen.
...mit der Lizenz zum Löten!
 
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#34
zur "Zukunft" im DIY Bereich:  wohl eher wenig...bis gar nicht. Zwei Gründe, warum ich das so denke:
a: es gibt ja schon relativ lange einige chips dazu, zb die von STM , zb STA350BW oder STA333BW , - und wieviele DIY Projekte gab es dazu ?? nahe NULL.
b: der input eines DD-amp ist ja digital, was erstmal nirgends so "von der Stange" irgendwo rauskommt, dagegen ein analoges Signal praktisch "immer" , egal ob preamp, CD, PC , web-radio , Handy...
und damit es überhaupt akzeptable Qualität hat, muss es mit dem Referenztakt - master-clock - zur Verfügung stehen, wobei meist der nötige rel.höhe Takt per PLL erzeugt wird; na, und da wirds schon wieder "happig" ...PLL sind erstmal nicht für "low jitter" berühmt, bzw dann eher aufwendig oder teuer.
zu guter Letzt bleibt das Problem mit der Gegenkopplung, sofern es besser als Kofferradio oder TV-sound sein soll (die STM-DD-amps waren hauptsächlich für die LCD-TV-Serien gedacht, grosse Stückzahl, supergünstig (da hier der Ton ja typisch erstmal digital vorliegt) und kein DAC erforderlich, Qualität muss nicht HiEnd-audio sein, also on-chip-PLL genügt - perfekt, für sowas. (hab ich auch schon in paar LCD-TV drin gesehen)

und dann natürlich noch Meister Putzeys Statement nicht zu vergessen: einen DAC mit super Qualität zu bauen, geht mit der aktuellen, schnellen chip Technologie schon recht gut und auch billig - aber kein Designer käme auf die Idee, 20A-MOSFET-Monster mit nötigem Treiber da reinzubauen - das geht eben nicht gut. und ein analog-input-d-amp kann auch ganz easy mit Gegenkopplung versehen werden, ist ja im Prinzip wie eine Opamp-Schaltung, nur der "Ausgang schwingt und zappelt halt etwas";
daher ist es deutlich günstiger, einen DAC-chip mit analog-out und einen getakteten/selbstschwingenden Verstärker mit analog input zu bauen, um optimale Qualität zu erreichen.

aber "interessanter" ist (für mich zumindest) schon die "Voll-digitale" Geschichte - wenn auch zZ bestenfalls ähnliche Qualität wie mit dem "alten" Prinzip erreicht wird... Tongue
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#35
Ich denke mal dass die analogen Tonquellen generell auf dem Rückmarsch sind, und von daher macht das digitale Konzept Sinn.
So was ist natürlich kaum als Einsteigerprojekt geeignet, die schon mal nen Arduino auf dem Steckbrett realisiert haben.
...mit der Lizenz zum Löten!
 
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#36
Nabend,

voltwide schrieb:dass Du eine Performance realisiert hast, die sich der neuesten TI-Analog-Generation annähert.
dann habe ich die Schwächen gut kaschiert lachend

Die Messerebnisse mit anderen Vergleichen ist aber eine Idee - und viel Arbeit ... Vorher sollte aber noch die Ungewissheiten beseitigt werden.

alfsch schrieb:der input eines DD-amp ist ja digital, was erstmal nirgends so "von der Stange" irgendwo rauskommt, dagegen ein analoges Signal praktisch "immer"
Da möchte im DIY-Bereich widersprechen. Man muss sich nur anschauen was rund um den DSP ADAU1701 passiert.

alfsch schrieb:und damit es überhaupt akzeptable Qualität hat, muss es mit dem Referenztakt - master-clock - zur Verfügung stehen, wobei meist der nötige rel.höhe Takt per PLL erzeugt wird; na, und da wirds schon wieder "happig" ...PLL sind erstmal nicht für "low jitter" berühmt, bzw dann eher aufwendig oder teuer.
Bei mir werden aus der Clock vom ADC alle weiteren im FPGA verwendeten Clocks abgeleitet. Eine im FPGA jitternde PLL ist m. E. nach eine Störgröße im Vorwärtspfad des Regelkreises und somit eine Störgröße die erfasst und ausgeregelt wird. Anders ist es auch aus dem Paper von Putzeys [1] nicht herauszulesen. Auch in der von ihm betreuten Arbeit von Pieter Kemp [2] kommt keine hochgenaue PLL vor.

alfsch schrieb:und dann natürlich noch Meister Putzeys Statement nicht zu vergessen: einen DAC mit super Qualität zu bauen
Warum hat er den ein Paper genau dazu geschrieben [1]?

voltwide schrieb:So was ist natürlich kaum als Einsteigerprojekt geeignet, die schon mal nen Arduino auf dem Steckbrett realisiert haben.
Das stimmt - wobei meine Arbeit im Grunde aus einem FPGA- und ADC-Evakit besteht. Mit dem heutigem Wissen hätte ich für die Endstufe auch lieber eins genommen und es entsprechend angepasst. Also alles kein Hexenwerk und durchaus Zuhause herstelllbar.

[1]https://www.researchgate.net/publication/229001238_Digital_Control_of_a_PWM_Switching_Amplifier_with_Global_Feedback
[2]http://scholar.sun.ac.za/bitstream/handle/10019.1/20084/kemp_design_2012.pdf?sequence=2&isAllowed=y

Grüße
Sven
 
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#37
Was genau geht um den ADU1701, irgendwas weltbewegendes was ich nicht auf dem Schirm habe?
 
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#38
>Warum hat er den ein Paper genau dazu geschrieben [1]?

k.a.  wäre zuerst zu klären, was zuerst kam...(dies Paper oder der Vortrag) Tongue  (glaube es war ein youtube video, da hält er nen Vortrag über d-amps - und warum DD (also echt digitale) d-amps Unsinn sind....aber auch nicht zu vergessen: er hat die (analogen) Teile für Hypex entwickelt und kann dann schlecht sagen, anders ginge es doch besser.  Tongue
ich habe mich ja auch damit auseinandergesetzt, allerdings nicht wirklich so "durchgezogen" , wie du;
ein FPGA-eval-kit hatte ich dazu schon gekauft, war auf ner FPGA-Schulung - aber dann hat mir leider der richtige Antrieb gefehlt, das bis zum funktionierenden amp duchzuziehen, nachdem ich herausfand , welchen Jitter die FPGA-PLLs so typisch haben und somit die bezahlbare Realisierung eines SUUUPER-DD-amps sich in Luft, äh luftigen Jitter, auflöste...da war für mich dann Ende mit DIY. Ich wollte es erstmal mit so nem fix-fertigen STAxxx versuchen, deren PLL ist auch  nicht schlechter und den noise-shaper haben die eh drin (sonst geht ja eh niklappe;
ebenso ist eine gewisse "Löt-Lähmung" vorhanden, wenn ich die ca. 20 Verstärker in die Betrachtung mit einbeziehe, die irgendwo ( -> Dachboden) rumstehen, dabei aber realistisch ca. 2 Std. Musik höre, so pro Quartal.  Rolleyes   "Brauche" ich noch einen Amp mehr?? wozu eigentlich gleich wieder ?

(ja, das sind so meine ganz persönlichen Probleme und deren Auswirkung, das gilt sicher nicht für "Alle und Jeden ". )
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#39
christianw schrieb:Was genau geht um den ADU1701, irgendwas weltbewegendes was ich nicht auf dem Schirm habe?

Ich beziehe mich hierbei auf die aktuellen Diskussionen im Hifi-Forum zum Wondom-DSP [1] und den FreeDSP [2]. Aber sicherlich schon bekannt lachend

alfsch schrieb:k.a.  wäre zuerst zu klären, was zuerst kam...(dies Paper oder der Vortrag) undefined  (glaube es war ein youtube video, da hält er nen Vortrag über d-amps - und warum DD (also echt digitale) d-amps Unsinn sind....aber auch nicht zu vergessen: er hat die (analogen) Teile für Hypex entwickelt und kann dann schlecht sagen, anders ginge es doch besser. 

Das mag sein, aber vielleicht hat er auch bei der Arbeit an seinem Paper etwas erkannt, was ich nicht habe. Was an sich auch nicht verwerflich ist, schließlich hat er einen deutlich höhen Erfahrungsschatz als ich (ist mein erster Verstärker).

Ich denke allgemein kann man aber sagen, dass die maximal erreichbare Signalqualität durch den ADC begrenzt wird (ich bin der Meinung das auch bei Putzeys gelesen zu haben). Gehen wir mal davon aus, dass Systembedingt die interessanten Parameter immer um +6dB Schlechter sind, als ein "Spitzensystem" das mit einer äquivalenten Endstufe aufgebaut ist.

Wo sind dann die Vorteile im DIY:
- Die Regelschleife ist konfigurierbar auf die aktuelle Last (wodurch vielleicht das System doch "besser" wird, als ein auf alle Lasten ausgelegtes System)
- Zusätzliche Filter können (für aktive Lösungen) im Verstärker implementiert werden

Ausserhalb dieser Wertung finde ich persönlich, dass das Lösen auf der digitalen Ebene seinen ganz speziellen Reiz hat. Es ergeben sich neue Freiheitsgrade und man muss nicht hoffen, dass für die angestrebte Variation in der Bastelkiste doch noch irgendwo ein paar 0.1% Widerstände in 10kR zu finden sind. Im Gegensatz zu vor 10 bis 15 Jahren ist Dank guter ADCs und bezahlbarer FPGAs eine digitale Lösung möglich - warum sollte es also kein breiteres Publikum geben, dass sich dafür interessiert?

[1]http://www.hifi-forum.de/viewthread-71-12581-19.html
[2]http://www.freedsp.cc/

Grüße
Sven
 
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#40
Zitat:Ich denke allgemein kann man aber sagen, dass die maximal erreichbare Signalqualität durch den ADC begrenzt wird (ich bin der Meinung das auch bei Putzeys gelesen zu haben).
klar - bei nem DAC -> (analog) d-amp  ist ja erstmal das Rauschen usw des DAC das absolute Limit, was an Qualität am Ende rauskommen kann;

äquivalent ist es bei einer rein digitalen Kette die Störeinkopplung der Betriebsspannung und die entstehenden Verzerrungen "im Kanal", Rechenfehler bis Nichlinearität des ouput (+ -Filters) ,
oder bei Einfügen einer analogen Rückkopplung, das Rauschen + Verzerrrung des ADC das Limit,

oder:
irgendwas is ja immer  Rolleyes
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