Ultimate Sabre DAC

[b_force]

Duidelijk verhaal Sander!! Dank daarvoor
Bij natuurkunde worden zulke dingen absoluut niet meer uitgelegd, dus in details heb ik er niet zoveel kaas van gegeten.
Wellicht is het een idee om een sticky te maken met dit verhaal?

Samen met de link van woutermense?

[Henkjan]

voro een sticky gaat dit te veel over een project, maar help ons later even herrinneren als de frontpage op de schop gaat...

[Tesla]

He , lekker op wintersport geweest , ik zie dat jullie ook zonder mij lekker door gaan !

Ik wil toch nog even terugkomen op dat ‘1 groundplane 4 all’ gebeuren, waar iedereen zoveel mee van doen heeft.

Dit wil ik doen in de vorm van een case, we gaan een ADC ontwerpen.



Laten we er eens vanuit gaan dat je een 24 bit kwaliteits ADC moet gaan ontwerpen. Het ingangssignaal heeft een amplitude van 100mV tt. 1 bit kwantiseringsruis bij deze converter komt overeen met 5,9 nV.

Op dezelfde print, zit een flinke processor die 10 A opsoupeert.
Als de processor inschakelt , loopt er een DC current puls door de groundplane. De impedantie, die benodigd is om de spanningsval (bij 10A ) te limiteren tot 5,9 nV, komt overeen met 0,59 nano-ohm.

De gemeenschappelijke DC weerstand tussen het digitale en analoge oppervlak moet dus minder zijn dan deze waarde, om geen onderlinge beïnvloeding te krijgen.

Als jullie me kunnen uitleggen hoe je dit voor elkaar gaat krijgen op een board met een enkele groundplane (perfect rechthoekig uit 1 stuk) mag je me uit mijn bed bellen.


Zelfs bij 8 bits kom je uit op een 39 micro-ohm voor de gemeenschappelijke impedantie.
De weerstand van een stuk koper 25x25 cm , 35um dik komt overeen met 500 u-Ohm , zelfs dit is ruim 10 maal te hoog.

(Ik praat hier dus nog niet over de uitdaging die een 32 bits design met zich mee brengt. Hier praat je over spanningen (least bit ) van rond de 20 pico-volt.) . De keuze van een 70 micron dikke tussenlayer als ground is hier essentieel omwille van bovenstaande.

Je moet het boek van Henry Ott maar eens lezen, "Noise Reduction Techniques in Electronic Systems", de titel spreekt voor zich.



Als je dus een mixed hoog resoluut design hebt, zul je voor maximale noise performance de ground planes wel moeten scheiden, je moet er dan voor zorgen dat ze slechts op 1 punt aan elkaar liggen.
Lange lussen, en hierdoor slecht EMC gedrag ontstaan alleen maar wanneer je met een spoor, de split doorkruist waardoor de return current niet via het juiste plane de weg terug kan vinden.
Dus digitaal en analoog volledig gescheiden houden, en gebonden aan het eigen plane.

Hier een plaatje ter ondersteuning:

Dit is de enige juiste manier om een mixed signal design met hoge resolutie op te bouwen.
Locale ontkoppeling, transient beperking door serie weerstanden galvanische scheiding indien mogelijk etc. mogen als bekend verondersteld worden.



Kijk, je hoeft mij natuurlijk niet te geloven, ik heb tenslotte slechts 25 jaar ervaring in het ontwerpen van mixed signal ontwerpen waarvan de laatste12 jaar voor een groot internationaal bedrijf, dus ik zal het allemaal wel weer niet snappen.

De volgende uitspraak komt van de ontwerpafdeling van National Semiconductor:

''The problem with a single ground plane is that digital and analog return currents can flow together. Moreover, the digital return currents tend to have high-frequency content and high amplitude levels. As these digital current flow through the ground plane, they develop voltages across that plane. These voltages can be substantial when compared with the LSB size of high-resolution ADCs.''



Ik hoop dat jullie in deze respectabele firma iets meer vertrouwen hebben.

Duidelijk verhaal Sander!! Dank daarvoor
Bij natuurkunde worden zulke dingen absoluut niet meer uitgelegd, dus in details heb ik er niet zoveel kaas van gegeten.
Wellicht is het een idee om een sticky te maken met dit verhaal?

Samen met de link van woutermense?

Zonder gedegen onderzoek en afweging van meerdere bronnen, lijkt het me zeer onverstandig om het ‘1 groundplane 4 all’ concept, voor alle gevallen, als waarheid te bestempelen.

Stromen en spanningen zijn niet digitaal, digitaal is een label wat wij plakken op de informatie die dmv. deze stromen en spanningen wordt overgedragen, alle stromen en spanningen zijn identiek. Het heeft dan ook geen zin om te praten over een 'analoog' en 'digitaal' deel. etc....

Hier ga je voorbij aan de functie van de signalen.
Digitale signalen zijn discreet, dit betekend dat de intrinsieke storingmarge van een digitaal signaal hier vele malen hoger ligt dan van de analoge continu signalen. We praten hier gemakkelijk over een factor 10.000 verschil zodat het te kort door de bocht is om deze signalen als gelijke te zien. (behandelen)


Ik ga de komende week lekker bouwen
Het is een uitdagend ontwerp, deze DAC van ESS, echt een feest om hier iets moois van te gaan maken.
Plaatjes volgen, alleen voor de liefhebbers

[SSassen]

... lang verhaal met veel verkeerde aannames ...

Ik vind 't prima hoor, het is jouw feestje, alleen als ik een dergelijke PCB moet goedkeuren voor een project waar ik aan deelneem dan ga ik daar niet mee akkoord. Ik ken overigens genoeg mensen met decennia aan ervaring die 't al decennialang hartstikke fout doen, ook gerenommeerde fabrikanten wat dat betreft. Zonder de juiste meetapparatuur ga je overigens een dergelijk ontwerp niet tot in de finesses kunnen optimaliseren, maar da's een geheel andere discussie.

Met vriendelijke groet,

Sander Sassen
http://www.hardwareanalysis.com

[SSassen]

Maar ondanks dat we op een aantal zaken van mening verschillen wens ik je uiteraard alle succes toe!

Met vriendelijke groet,

Sander Sassen
http://www.hardwareanalysis.com

[Pjotr]

Julie hebben geen van tweeën de wijsheid in pacht. Groundplanes is tamelijk complexe materie. Het hangt er maar helemaal vanaf hoe de stromen door een groundplane lopen en welke spanningen dat tot gevolg heeft. Iig zijn smalle traces goed voor een hogere zelfinductie van de trace.

Een geheel gesloten groundplane is een brute force methode die vaak wel maar vaak ook niet een oplossing biedt.

[Wouter Mense]

Laten we er eens vanuit gaan dat je een 24 bit kwaliteits ADC moet gaan ontwerpen. Het ingangssignaal heeft een amplitude van 100mV tt. 1 bit kwantiseringsruis bij deze converter komt overeen met 5,9 nV.

Op dezelfde print, zit een flinke processor die 10 A opsoupeert.
Als de processor inschakelt , loopt er een DC current puls door de groundplane. De impedantie, die benodigd is om de spanningsval (bij 10A ) te limiteren tot 5,9 nV, komt overeen met 0,59 nano-ohm.

De gemeenschappelijke DC weerstand tussen het digitale en analoge oppervlak moet dus minder zijn dan deze waarde, om geen onderlinge beïnvloeding te krijgen.

Maar waar loopt de stroom? Ik bedoel te zeggen, als er een stroom loopt in een vlak, zal niet op elk punt dezelfde spanning gegenereerd worden. Ik ben het met je eens dat die 6 nanovolt een behoorlijk strak ontwerp gaat vereisen maar nogmaals, waar loopt de stroom? Van nature zal die de weg van de minste weerstand volgen richting het laagste potentiaal. Dus wie zegt dat sowieso die stroom in de buurt wil komen van onze geliefde analoge onderdelen? Ik ben bang dat we hier lang over kunnen discussieren en dat de enige oplossing om tot een definitief antwoord te komen is door te modelleren en berekenen met FEM (finite element method), of bouwen en meten met superduper meetapparatuur.

Je moet het boek van Henry Ott maar eens lezen, "Noise Reduction Techniques in Electronic Systems", de titel spreekt voor zich.

Ik heb het boek zelf niet, maar voor die mensen hier die geen ervaring hebben met het ontwerpen van printplaten wil ik ook nog een ander document aanbevelen wat mij ook heel goed op weg heeft geholpen: Een PCB Design Tutorial

Als je dus een mixed hoog resoluut design hebt, zul je voor maximale noise performance de ground planes wel moeten scheiden, je moet er dan voor zorgen dat ze slechts op 1 punt aan elkaar liggen.
Lange lussen, en hierdoor slecht EMC gedrag ontstaan alleen maar wanneer je met een spoor, de split doorkruist waardoor de return current niet via het juiste plane de weg terug kan vinden.
Dus digitaal en analoog volledig gescheiden houden, en gebonden aan het eigen plane.

Hier een plaatje ter ondersteuning:

Dat plaatje vind ik nou een typisch slecht voorbeeld. Als ik de voordelen van een gespleten grondvlak zou willen illustreren zou ik het eerder zo doen:

Met zo'n split zou je misschien zelfs Sander nog wel kunnen overtuigen.

Ik ga de komende week lekker bouwen
Het is een uitdagend ontwerp, deze DAC van ESS, echt een feest om hier iets moois van te gaan maken.
Plaatjes volgen, alleen voor de liefhebbers

Kijk daar ben ik nou heel nieuwsgierig naar

[Pjotr]

Uhm ja Wouter, wat je daar gemaakt hebt is een mooie dipool antenne die heerlijk staat te stralen als je niet oppast

[Wouter Mense]

Mwja, dat is dan voor alle gespleten groundplanes een nadeel toch? Stralen of ontvangen lukt gelukkig alleen als je ontwerp niet in een metalen huisje woont.

[Mr Tube]

Voor een DAC of een ADC ben ik een voorstander van een enkel groudplane, belangrijk om zo veel mogelijk lange sporen het plane onderbreken. Verder zou ik de voedingen zo kort mogelijk op de verbruiker aansluiten waardoor de voedingstromen niet door het plane zelf lopen, zo kun je natuurlijk bij elke stap nadenken over hoe lopen de stromen.
Ik ben nu ook bezig met de Sabre DAC en wil het DAC printje in een soort module bouwen, iets van alu of koper en dan de analoge electronica en voedingen op een moederprint.

[Tesla]

Ok, de analoge voeding van het rechter kanaal opgebouwd, hopenlijk kan ik in de komende periode wat tijd vrijmaken, zodat er wat voortgang in dit project komt.
Voeding 'klinkt' i.i.g bijzonder stil , ik wilde nog wat metingen doen met ARTA, maar ben nog op zoek naar een deftige A/D converter (extern of intern), kan ik ook hier wat plaatjes van laten zien.

Momenteel draaien de voedingen met een uitgangs-spanning van 13,5 V , warmte ontwikkeling valt goed mee.
Ik verwacht eerder dissipatie problemen met de AVCC voedingen rond de AD797 O.A's bij een supply van rond de 13V (uitgangs-spanning van de O.A is in dit geval immers 3,3V bij ?? mA) , we gaan het zien. Ik kan altijd de uitgangen van de 797's in klasse A forceren d.m.v een optrekweerstand, meeste dissipatie gaat dan in de weerstand zitten. (maar wat blijft er dan over van de PSRR ?) . Alternatief is , de voedings-spanning terugbrengen naar een aanvaardbaar niveau, nadeel is dat de sweet-spot van de LM4562 dan nadelig beinvloed wordt. (in hoeverre je dat gaat merken is natuurlijk ook de vraag)

Hier i.i.g alvast wat foto's.

[Tesla]

It's Alive !!

Meer kan , wil en ga ik er nog niet over te zeggen.

Ik heb een lock op de SPDIF input, via een toslink module.
Er komt zowaar geluid uit de outputs.

[hannesie]

Pjoeiffff, ik zou willen dat ik dat kon


Heb net vandaag zitten oefenen op het solderen, t'ging niet zo goed, dan praat ik niet eens over het ontwerpen.
Hans

[Wouter Mense]

Ja ik denk stiekem dat hij ietwat beter gereedschap gebruikt dan jij en ik hebben In ieder geval, hoe langer je besmet bent hoe meer je ervan verzamelt. Ik ben ook wel nieuwsgierig, gebruik je soms hete lucht en pasta Tesla? Of gewoon een vaste hand

[Tesla]

Hoi Hans en Wouter,

Om maar gelijk met de deur in huis te vallen, geen pasta en geen oven, gewoon degelijk handwerk.
( en natuurlijk niet teveel drinken in het weekend )

Maar, alle gekheid... dat solderen is niet zo moeilijk als je de juiste spullen hebt.
Ik gebruik een speciale SMD soldeerbout (de WECP 20 van We..er, zonder veel reclame te maken), deze heeft een traploze temperatuur-regeling en een bijzonder fijne punt.
Verder gebruik ik soldeer met een zo klein mogelijke diameter, loodhoudend. (dat loodvrije spul, niet aan beginnen !)
Soldeer moet je spaarzaam gebruiken en goed uit laten vloeien.
Voor eventuele foutjes kun je desoldeer litze gebruiken (multicore 1,5 mm breed).

En verder, veel geduld en een vaste hand, zijn zonder meer eigenschappen die van pas komen.

[Wouter Mense]

Ja een fijne punt gaat zeker van pas komen, maar ik heb toch een beetje een haat liefde relatie met die dingen Ze flikken me altijd hetzelfde trucje:

soldeer.png (1.82 KiB) 526 keer bekeken

Het soldeer kruipt zegmaar een stukje omhoog langs de punt in plaats van naar het onderdeel. Vooral bij het eerste pootje van een onderdeel is dat vervelend...

[scanspeakman]

jajajajaja.......volgens mij zit iedereen te wachten op dat ene antwoord op die ene vraag "hoe klinkt ie?".

Scanspeakman

[Wouter Mense]

Nou, meer "Hoe meet ie?"

[Tesla]

Ja een fijne punt gaat zeker van pas komen, maar ik heb toch een beetje een haat liefde relatie met die dingen Ze flikken me altijd hetzelfde trucje:
............

Het soldeer kruipt zegmaar een stukje omhoog langs de punt in plaats van naar het onderdeel. Vooral bij het eerste pootje van een onderdeel is dat vervelend...

Ja wouter, dat bedoel ik dus met spaarzaam soldeer gebruiken.!
Als het goed is heb je er ook een sponsje bij kun je af en toe de punt mee reinigen.

[Tesla]

jajajajaja.......volgens mij zit iedereen te wachten op dat ene antwoord op die ene vraag "hoe klinkt ie?".

Scanspeakman

Geduld is een schone zaak, voordat ik de print aan ga sluiten op m'n UCD's moet ie wel helemaal goed zijn.

Leuk dat je zo nieuwsgierig bent i.i.g.


B.t.w , ga je nog naar Breda in Mei , neem je de Bufalo mee, kunnen we daar misschien een vergelijkende test maken.
Het ziet er inmiddels wel naar uit dat ik het spul voor Mei helemaal draaiende heb.

[scanspeakman]

B.t.w , ga je nog naar Breda in Mei , neem je de Bufalo mee, kunnen we daar misschien een vergelijkende test maken.
Het ziet er inmiddels wel naar uit dat ik het spul voor Mei helemaal draaiende heb.

Ik ben zeker geinteresseerd! Maar helaas had ik de dag voor de ZBA datum bekend werd, mijn ticket voor vakantie geboekt en je raad het al......de ZBA valt midden in mijn vakantie. Mogelijk komen mijn jongere broer en vader wel. Mocht dat het geval zijn dan mogen ze uiteraard mijn DAC meenemen.

Scanspeakman

[harryeng]

B.t.w , ga je nog naar Breda in Mei , neem je de Bufalo mee, kunnen we daar misschien een vergelijkende test maken.
Het ziet er inmiddels wel naar uit dat ik het spul voor Mei helemaal draaiende heb.

Ik ben zeker geinteresseerd! Maar helaas had ik de dag voor de ZBA datum bekend werd, mijn ticket voor vakantie geboekt en je raad het al......de ZBA valt midden in mijn vakantie. Mogelijk komen mijn jongere broer en vader wel. Mocht dat het geval zijn dan mogen ze uiteraard mijn DAC meenemen.

Scanspeakman

Tja, ik heb mijn vakantie een dag naar achteren geschoven Als het goed is komt komende week de spullen voor mijn nieuwe Buffalo binnen. Ik wilde hem in de transporter inbouwen, maar ik zal hem nog even als losse DAC opbouwen. Dan kan er dus toch een vergelijk gemaakt worden.
(En natuurlijk neem ik de mooist klinkende weer naar huis.....)

Gr. Harry

[Tesla]

Luisterervaring deel 1.


Tijd voor een iets uitgebreidere luistertest nu. In eerste instantie wordt de dac gebruikt in de SPDIF modus, het signaal wordt direct aangeboden via de resp. input, er wordt in de software gebruik gemaakt van jitter reductie en slow filter rolloff.

De keten bestaat uit de volgende komponenten:

- Technics CD speler SL-PG400A optisch uit
- Ultimate Sabre Dac 32 bit (balanced out)
- 2 x UCD 400AD monoblokken (upgrade LM4562)
- 2 x Visaton Vox -> Neo3 , AL130M, ARN312 (70 liter gesloten beh.)(http://www.zelfbouwaudio.nl/forum/viewt ... =15&t=4252)

Achtereenvolgens zal gebruik gemaakt worden van de volgende ‘software’ :

- Hattfields end (Paul Hattink)
- The wall (Pink Floyd)
- Amused to death (Roger Waters)
- The Concert (Friedemann)
- Diana Krall

Voordat met het luisteren is begonnen, heeft de Sabre voldoende tijd gekregen om in te spelen, de DAC heeft gedurende 48 uur, met divers programma materiaal, staan draaien.

Het eerste wat opvalt is de bijzonder open en betrokken sound welke deze D/A converter produceert.
Er zit echt lucht tussen de instrumenten, toch ontbreekt het niet aan een zekere directheid die het open beeld eigenlijk alleen maar verder versterkt.

De geluiden van Paul Hattinks Leaving el Camino vullen de kamer. De instrumenten kun je bijna letterlijk tellen in het plaatje dat neergezet wordt. De breedte van het geluidsbeeld is overweldigend, het lijkt alsof er geluidsfragmenten van buiten de weergevers vandaan komen. Zo breed is mijn kamer helemaal niet, is de eerste gedachte die bij je opkomt.

Toch ontbreekt het absoluut niet aan detail, dit is mede te danken aan de fenomenale opname die Paul hier weet neer te zetten.
De Neo’s geven een sprankelend hoog weer, waarbij de zeer realistische middenweergave zeker niet te versmaden is.

Waar ik echter door verrast ben, is de laagweergave. Normaal gaan de ARN’s niet zo diep door, ik ben gewend aan een robuuste doortekende laagweergave, dat wel, maar zeker niet zo ver doorlopend als hier overtuigend wordt neergezet. Waarschijnlijk wordt dit verder doorlopen naar onderen, veroorzaakt door de volledige DC koppeling in het signaalpad van de DAC en de versterker.


The wall part2 verdwijnt in de slede. Dat dit album goed zou gaan klinken, wist ik op voorhand al. Toch verraste de diepte en dynamiek van het geluid me in positieve zin.
Vooral het 3de nummer !, brick in the wall is zeer ruimtelijk en realistisch.





Amused to death van Roger Waters is natuurlijk een legendarisch album dat niet in dit lijstje mag ontbreken. De Q-sound techniek, gebruikt in dit album, geeft een extra 3D dimensie aan het geluidsbeeld. Ik wilde wel eens zien hoe dit effect door de Sabre gereproduceerd zou gaan worden, vandaar de keuze.
Wederom geen teleurstelling, de arrenslee rijdt dwars door de woonkamer heen en de honden janken er weer vrolijk op los. De souplesse waarmee alles weergegeven wordt is ongekend en laat zien dat de ontwerpers van ESS duidelijk hun best gedaan hebben om er iets moois van te maken.

Het leuke van alles is, dat er verbazend veel detail zit in deze laatste twee 16-bit albums van de Floyd’s die toch al redelijk gedateerd zijn (resp. 1979 en 1992). Dit versterkt mijn overtuiging, dat 16-bit eigenlijk voldoende intrinsieke resolutie heeft om een mooi en doortekend stereo beeld neer te zetten.

Ik heb al gemerkt dat het plezierig luisteren is naar de Ultimate Sabre Dac, dit komt niet in het minst door het inschakelen van de jitter reductie, die elk rafelig randje in het geluidsbeeld op geraffineerde wijze weet te omzeilen.
Het is alsof je naar vinyl aan het luisteren bent, maar dan zonder het gekraak en de tikken. De liefhebbers van de aloude LP, zullen bij het luisteren naar deze DAC een warm gevoel gaan krijgen. De benadering van het analoge geluid is behoorlijk optimaal te noemen.


Nu iets totaal anders op SACD uitgebracht (met cd layer) Het concert van Friedemann.
Dit is een live opname van grote klasse uit 2005, uitgebracht door Biber Records.
Een genot voor verwende oren, zo omschrijft het Duitse Hifi Vision de instrumentale uitvoering van het virtuoze ensemble.
Het nummer Memories of Lugnasad, laat het prachtige akoestische gitaarspel van deze meester tot leven komen. Ook het geluid van de vibrafoon komt volledig tot zijn recht in deze sublieme opname.

Love scenes van Diana Krall is uitgekozen vanwege de intieme setting en het karakteristieke stemgeluid van de zangeres. In het nummer I miss you so , kruipt ze zowat op je schoot.
De articulatie van het stemgeluid is buitengewoon goed in dit nummer. Geen spoor van slisserigheid te bekennen, tevens komt het pianospel in alle subtiliteit tot zijn recht.


Kort samengevat :


Rust, Holografisch ruimtelijk, schoon, realistisch en evenwichtig, dit is een korte maar verre van volledige omschrijving van wat ik tot nu toe heb mogen ervaren van het audiofiele karakter van deze DAC.

De Ultimate Sabre Dac laat je gewoon alles horen. Ook de foutjes in evt. slechte opnamen komen genadeloos aan het licht.
In het positieve geval wordt je de muziek ingetrokken, je wilt er steeds meer van consumeren.

Ik ga daarom lekker verder met genieten !



In deel 2 , meer over de hi-res capaciteiten van de DAC.
De gemodde Musiland Monitor 01-USD, komt hierin aan bod.

[hannesie]

Pas op, je word nog een gelukkig mens!!!, dat kan haast niet met audiofiele afwijkingen

[Tesla]

B.t.w , ga je nog naar Breda in Mei , neem je de Bufalo mee, kunnen we daar misschien een vergelijkende test maken.
Het ziet er inmiddels wel naar uit dat ik het spul voor Mei helemaal draaiende heb.

Ik ben zeker geinteresseerd! Maar helaas had ik de dag voor de ZBA datum bekend werd, mijn ticket voor vakantie geboekt en je raad het al......de ZBA valt midden in mijn vakantie. Mogelijk komen mijn jongere broer en vader wel. Mocht dat het geval zijn dan mogen ze uiteraard mijn DAC meenemen.

Scanspeakman

Tja, ik heb mijn vakantie een dag naar achteren geschoven Als het goed is komt komende week de spullen voor mijn nieuwe Buffalo binnen. Ik wilde hem in de transporter inbouwen, maar ik zal hem nog even als losse DAC opbouwen. Dan kan er dus toch een vergelijk gemaakt worden.
(En natuurlijk neem ik de mooist klinkende weer naar huis.....)

Gr. Harry

Als het goed is en de broer en vader van Scanspeakman komen ook, hebben we 3 DAC's gebaseerd op deze chip, die we kunnen vergelijken. Jij hebt de nieuwste geupdate versie van TP de BII !

(En natuurlijk neem ik de mooist klinkende weer naar huis.....)

De Ultimate Sabre gaat mooi weer met mij mee naar huis