Раздел: Документация
0 ... 8 9 10 11 12 13 14 ... 117
-1-1—1-1-1-> 20 кГц fg2f sfi кГц Рис. 2.7. Спектр сигнала при частоте дискретизации 44,1 кГц Срез АЧХ фильтра низких частот должен вписаться в 2,05 кГц, в противном случае добиться высокого отношения сигнал/шум и широкого динамического диапазона невозможно. Аналоговые ФНЧ высоких порядков, которые использовались в первых поколениях CD-проигрывателей, достаточно хорошо подавляли ВЧ-ком-поненты, одновременно являясь основным источником искажений во временной области. Затягивание переходных процессов отрицательно сказывалось на качестве звука. От "звона" фильтра не удавалось избавиться никакими методами. К этому недостатку можно прибавить еще сложность таких фильтров и, естественно, дороговизну. Аналоговые ФНЧ высоких порядков устанавливались после ЦАП. Появление цифровых ФНЧ позволило схемотехническим методом избавиться от перечисленных недостатков. Во-первых, цифровой фильтр установили перед цифро-аналоговым преобразователем. Во-вторых, в связи с тем, что спектр опять же повторялся на частотах, кратных Рд, разработчики начали искусственно повышать частоту дискретизации в 2, 4 или 8 раз. Повысив частоту дискретизации только в два раза, можно значительно отодвинуть спектр шумов. В таком случае резко снижаются требования к аналоговому ФНЧ. Срез его может быть достаточно пологим и уместиться в полосе 44,1 кГц (рис. 2.8).
20 кГцf, кГц Рис. 2.8. Спектр сигнала при частоте дискретизации 88,2 кГц Искусственное повышение частоты дискретизации достигается тем, что перед цифровым фильтром ставят интерполятор (подобное устройство уже упоминалось при описании процесса декодирования помехоустойчивого кода). Интерполятор высчитывает значение уровня сигнала между каждыми двумя соседними выборками сигнала (см. рис. 2.8). Одно звено интерполяции, таким образом, повышает частоту дискретизации до 88,2 кГц, а используя два звена, получаем частоту 176,4 кГц. После интерполятора сигнал подается на цифровой ФНЧ. Интерполятор и цифровой фильтр низких частот называются фильтром передискретизации (Oversampling Filter). Надпись, которую можно встретить на лицевой панели проигрывателя: "8 Time Oversampling Filter" — означает восьмикратную передискретизацию, т.е. частота дискретизации искусственно повышена до 352,8 кГц. Повышая таким образом частоту дискретизации, можно получить отношение сигнал/шум порядка 110 дБ. Само явление передискретизации не вносит никаких новых данных в аудиосигнал. Если не вспоминать про такой объективный показатель как сигнал/шум (ПО дБ достигаются при максимальном размахе сигнала), а руководствоваться субъективными оценками качества звучания, то и такие оценки будут в пользу передискретизации. В заключение можно отметить, что тема цифровых ФНЧ достаточно сложна. От них во многом зависит звучание аппарата. Разработчики в компаниях, занимающихся элементной базой для высококачественного звука, создают специальные фильтры срегулируемыми характеристиками, создается программное обеспечение для таких фильтров, но это уже выходит за рамки данной книги. Отфильтрованный с помощью фильтра передискретизации сигнал поступает на ЦАП. Далее ступенчатый сигнал с выхода ЦАП поступает на простой аналоговый ФНЧ с пологой частотой среза. Сейчас необходимо отвлечься от темы ЦАП и кратко описать еще одно устройство: схему выборки/хранения (Sample/Hold). Обычно эта схема входит в состав цифро-аналогового преобразователя, но может быть выполнена как отдельная микросхема. Принцип ее работы основан на емкостном накоплении. Уже было упомянуто, что выходной сигнал ЦАП имеет ступенчатую форму. Такая форма достигается тем, что значение предыдущей выборки запоминается и сохраняется, пока не завершится процесс преобразования и не будет получено значение последующей выборки. Процесс преобразования требует времени, и в этот промежуток на выходе ЦАП происходят шумовые выбросы, поэтому на время преобразования очередной выборки выход цифро-аналогового преобразователя должен быть отключен, а значение предыдущей выборки — храниться на запоминающем конденсаторе. После выполнения преобразования, ключ замкнется вновь, и значение новой выборки запомнится конденсатором. Отдельную микросхему, выполняющую функцию Sample/Hold, можно встретить в старых моделях проигрывателей, когда степень интеграции микросхем не достигла сегодняшнего уровня, либо в достаточно дорогих с использованием "су-пер-ЦАП" и "супер-ФНЧ" (рис. 2.9 и рис. 2.10). * и , Выборки на на входе схемы выборки/хранения Форма сигнала на выходе схемы выборки/хранения Рис. 2.9. Сигналы на входе и выходе схемы выборки/хранения
L(R)  Управление Рис. 2.10. Структурная схема тракта цифро-аналогового преобразования После этого отступления, посвященному устройству выборки/хранения, рассмотрим принцип работы простейшего цифро-аналогового преобразователя на основе многозвенной цепочки R-2R. В схеме (рис. 2.11) каждому разряду соответствует свой ключ, задающий входной ток ОУ. Резисторы номиналом R включены в суммирующую линию, а резисторы номиналом 2R — последовательно с разрядными ключами. Если значение разряда "1", то ключ этого разряда замыкается на источник опорного напряжения, если же "0", то ключ замкнется на "землю". Сумму  Рис. 2.11.16-разрядный ЦАП на основе цепочки R-2R Естественно, на точность преобразования будет влиять сопротивление утечки разрядных ключей в разомкнутом состоянии, их сопротивление в замкнутом состоянии, разброс в номиналах резисторов. В результате таких погрешностей полученный аналоговый сигнал не будет точной копией исходного сигнала. Представленная схема является классическим примером многоразрядного ЦАП. Современные технологии позволяют исключить разброс в номиналах резисторов, подгонка их сопротивлений производится с помощью луча лазера. Также стало возможно изготовление транзисторов с необходимыми характеристиками в интегральном исполнении. Компании ANALOG DEVICES и BURR-BROWN выпускали 20-разрядные ЦАП РСМ63, AD1862 на основе цепочки R-2R с исключительно высокими параметрами. Прежде чем подать цифровую последовательность с выхода фильтра передискретизации (цифрового ФНЧ) на вход цифро-аналогового преобразователя, ее необходимо разделить на последовательности данных левого и правого каналов. Эту функцию выполняет демультиплексор. После того как данные разделены на две последовательности, начинается процесс преобразования цифрового сигнала в аналоговый. Существует несколько вариантов возможности преобразования. Можно к одному ЦАП попеременно подключать сигналы левого и правого каналов или же каждую последовательность преобразовывать отдельным ЦАП. Возможен также вариант использования четырех ЦАП: левый +, левый - , правый +, правый -. Наряду с многоразрядными ЦАП, сегодня можно встретить цифро-аналоговые преобразователи на основе использования дельта-сигма модуляции. Эти ЦАП еще называют одноразрядными или ЦАП с преобразованием шума. К ним относятся цифро-аналоговые преобразователи, выпускаемые под торговыми марками "Bit-stream" (PHILIPS), "MASH" (MATSUSHITA), "РЕМ" (JVC). Из самого названия "одноразрядный ЦАГГ вытекает общий принцип их работы: для преобразования цифрового сигнала в аналоговый используется только один разряд, который может иметь значение "О" или "I". Чтобы правильно восстановить форму аналогового сигнала с помощью только одного разряда, частота дискретизации повышается в десятки или сотни раз (передискретизация от 64 до 256 раз). При таких высоких частотах дискретизации уже будет важно не само значение амплитуды сигнала, а лишь направление ее изменения: "1" будет означать увеличение уровня сигнала по сравнению с предыдущим, а "О" — уменьшение уровня. Цифровая входных токов, ОУ преобразовывает в напряжение. Используя 16 звеньев (разрядов) такой цепочки, можно получить 65536 значений сигнала. R 0 ... 8 9 10 11 12 13 14 ... 117
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
