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ADI-8 PRO Inside
Aufbau, technische Besonderheiten und Messungen am ADI-8 PRO Der ADI-8 PRO ist ein 8-kanaliger AD-/DA-Wandler mit Referenzqualität. In diesem Tech Infopaper erfahren technisch interessierte Anwender viele Details, die in allgemeinen Beschreibungen oder der Bedienungsanleitung nicht zur Sprache kommen. Überblick Der ADI-8 PRO gliedert sich intern in verschiedene Funktionsblöcke:
Den internen Aufbau eines ADI-8 PRO zeigt dieses Foto anhand eines geöffneten Gehäuses. Wie im Blockschaltbild Übersichtlich dargestellt besitzt der ADI-8 PRO eine Fülle interner Routingmöglichkeiten, welche zusätzlich zum Betrieb als AD- und DA-Wandler eine Nutzung als Formatkonverter, Distributor und Splitter erlauben.
Analog zu Digital Die analogen Eingänge sind über Stereo-Klinkenbuchsen
oder einen 25-poligen Sub-D Anschluss zugänglich. Letzterer besitzt
die gleiche Pinbelegung wie die weit verbreiteten Digitalrecorder der Firma
Tascam, so dass ein passendes Multicorekabel (für direkten Anschluss
an Mischpulte oder als XLR-Adapter) problemlos beschaffbar ist. Die gesamte
Eingangsstufe ist von den Buchsen bis zu den internen Anschlüssen der
Wandler-ICs vollständig symmetrisch aufgebaut. Die ungewöhnliche
Schaltung arbeitet zudem servosymmetrisch.
Das bedeutet: Bei unsymmetrischem Anschluss erfolgt eine automatische Pegelkorrektur
um 6 dB, welcher sonst zu einem Absinken der Eingangsempfindlichkeit gegenüber
symmetrischem Anschluss führen würde.
Als Operationsverstärker setzen wir die bewährten JRC4580 ein. Dieser OPV findet sich inzwischen in zahllosen Geräten, da er in einmaliger Weise Rauscharmut, niederohmigen Ausgang und günstigen Preis kombiniert. Die Verwendung von 4580ern ist alleine allerdings noch kein Garant für beste technische Daten - die eigentliche Schaltung muss auch auf dem Punkt sein. Als AD-Wandler kommen AKM5392 zum Einsatz. Diese Hi-End Bausteine sind nicht nur vergleichsweise teuer, sondern auch qualitativ kaum zu schlagen. Die Kombination unserer speziellen vollsymmetrischen Eingangsstufe mit diesen Wandlern führt sowohl zu hervorragenden 112 dB Rauschabstand RMS unbewertet (115 dBA), als auch zu unglaublich niedrigen Verzerrungswerten (THD) von weniger als -110 dB (0,0003 %). Wohlgemerkt handelt es sich hierbei nicht um Phantomwerte aus den Datenblättern der Wandlerhersteller, sondern um die Werte, die das Gerät im normalen Betrieb erreicht!
Richtig zur Sache geht es beim ADI-8 PRO aber erst bei der
Messung des Klirrfaktors, also den bei der AD-Wandlung entstehenden Verzerrungen.
Unser Low Jitter Design in Kombination mit der voll symmetrischen Eingangsstufe
und den ausgezeichneten Wandlern von AKM verursachte recht schnell ein Problem:
Alle Verzerrungen die wir messen konnten stammten vom jeweiligen Signalgenerator
(also dem Erzeuger des Testsignales), nicht jedoch von der Eingangsstufe
des ADI-8 PRO. Extra für diese eine Messung einen 60.000 DM teuren Audioanalysator
kaufen? Nein danke. Wir taten daraufhin, was die Branche gemeinhin meidet
wie der Teufel das Weihwasser: Wir verwendeten den analogen Ausgang des ADI-8
PRO als Signalquelle. Normalerweise macht man sich damit die guten Messwerte
der AD-Wandler zunichte - aber der ADI-8 PRO ist eben kein normales Gerät...Mehr
zu der unglaublichen Qualität der DA-Wandlung weiter unten.
Bitte beachten Sie, dass die Qualität der AD-Wandlung einzeln betrachtet circa 3 dB besser ist als es diese kombinierte AD/DA-Messung zeigt! THD+N dürfte daher bei circa -105 dB liegen, und auch der Rauschteppich liegt - einen idealen Generator vorausgesetzt - deutlich (circa 5 dB) niedriger, da sich hier der Rauschanteil der DA-Wandler noch stärker bemerkbar macht. Dies können Sie mit einem Blick auf Bild 2 nachvollziehen, bei dem ein sehr rauscharmes Signal zur Verfügung stand. Jitter Fachleute werden es gleich erkannt haben: Der kleine glockenförmige
Anstieg am Fuss des 1 kHz Sinus wird von Jitter verursacht. Prinzipiell nichts
besonderes - in diesem Fall jedoch gleich etwas doppelt besonderes!
Während der 'Interface Jitter' normalerweise im Nanosekundenbereich liegt, ist der Sample Clock Jitter weit geringer. Der ADI-8 PRO erreicht dabei sensationelle (hübsch plakativ, nicht wahr?) Werte von unter 20 ps (Picosekunden, 10 hoch minus 12!). Allerdings ist der Jitter natürlich davon abhängig, in welchem Clock-Modus das Gerät betrieben wird. Bild 4 zeigt bereits den Worst Case, also den ADI-8 AD auf INP (Slave), und damit von einem externen Gerät (hier der DIGI96/8) geclockt.
Wenn Sie die beiden Bilder vergleichen könnten Sie auf den Gedanken kommen ab sofort nur noch in INT/INT arbeiten zu wollen. Doch scheint hier ein Einsteinscher Hinweis angebracht: Einzelne Nadeln, die irgendwo bei -125 dBFS hervorragen (siehe Bereich unter 2 kHz), sind irrelevant, wenn gleichzeitig ein knapp 120 dB lauteres Signal vorhanden ist. Die Verhältnismäßigkeit wird deutlich, wenn man die geringen Unterschiede der Messwerte THD+N und DR von Bild 4 und 5 betrachtet - sie sind fast identisch. Prinzipiell kann man mit einer besonders langsamen, stark gefilterten und/oder Quarz-basierten PLL eine noch sauberere Messung erreichen, und selbst die im Bereich unter 2 kHz liegenden Nadeln dämpfen. Diesen Weg sind wir jedoch in voller Absicht nicht gegangen. Unsere bewährte Bitclock-PLL benötigt ein Mindestmass an Geschwindigkeit, um dem Varipitch auch eines ADAT XT in jedem Fall ohne Aussetzer folgen zu können. Trotzdem erreicht sie eine hervorragende (und vollkommen ausreichende) Jitterdämpfung. Sie übertrifft damit Wordclock-basierte PLLs deutlich. Quarz-basierte oder stark gefilterte PLLs führen dagegen schon bei geringen Änderungen der Samplefrequenz zu einem Aussetzer (Knacks/Mute), da einige Bits bereits falsch abgetastet werden bis die PLL eine Nachführung der Frequenz veranlasst. Dieses Problem tritt übrigens beim 8-kanaligen ADAT Format deutlich stärker in Erscheinung als beim 2-kanaligen S/PDIF bzw. AES/EBU. Auch am Frequenzgang des analogen Eingangs des ADI-8 PRO gibt es nichts zu mäkeln, wie Sie an späterer Stelle sehen können. Doch wir wollen Ihnen nichts vormachen: Dank des vielfachen Oversamplings muss man ein Gerät schon ganz schön fehldesignen, um beim Frequenzgang relevante Abweichungen zu erzeugen. Mit anderen Worten: Frequenzgänge verlaufen (wie in allen Fachzeitschriften zu sehen) nicht nur bei uns schon seit längerem nur noch linealglatt. No Dither? No Dither! Ein solches Merkmal ist in unserem komplett FPGA-realisierten Gerät nicht ohne weiteres machbar. Und bei näherer Betrachtung im Normalfall auch vollkommen überflüssig. Wenn Sie zu dieser (für manche sicher provokanten) Aussage nähere Erklärungen haben möchten, lesen Sie bitte die Tech Info Dither ADI-1 / ADI-8 PRO: Anmerkungen zur Notwendigkeit von Dither. Digital zu Analog Als DA-Wandler verwendeten wir zunächst den AD1855
von Analog Devices, den ersten DAC der echte 110 dB Dynamik erreichte, ohne
mittels üblicher Tricks (Mute) den Rauschabstand künstlich zu vergrößern.
Er ist vergleichsweise preisgünstig, was sich gerade in einem Mehrkanalwandler
positiv bemerkbar macht, immerhin sind gleich 4 Stück davon im ADI-8
PRO verbaut.
Bei dieser Messung verwendeten wir jedoch zugegebenermassen einen besonders guten DA-Kanal. Analog Devices spezifiziert den THD der AD1852 nur mit < -104 dB, und tatsächlich schwanken die Werte zwischen 105 und 112 dB. Wir haben daher in den Spezifikationen des ADI-8 PRO einen Wert von < -105 dB angegeben. In Sachen Rauschen ermittelte das Neutrik A2D für den DA-Teil des ADI-8 PRO im praktischen Betrieb, je nach Clock-Konfiguration und Quelle, zwischen 106 dB und 110 dB Rauschabstand RMS unbewertet, entsprechend 108 dB/112 dBA. Seit der Revision 2 enthält der ADI-8 PRO auch eine
dreistufige Pegelumschaltung für die analogen Ausgänge. Wie beim
Eingang gilt: Nur eine intelligent ausgelegte Pegelanpassung stellt in der
praktischen Anwendung eine maximale Performance zur Verfügung. Unsere
mit elektronischen Schaltern versehene und speziell auf Rauscharmut optimierte
Ausgangsschaltung erreicht bei +4 dBu und Hi Gain den vollen Rauschabstand
von 110 dB RMS unbewertet. Bei -10 dBV beträgt der Rauschabstand immer
noch 104 dB RMS unbewertet. Das sollte Sie nicht weiter irritieren - bei
solch niedrigen Pegeln liegt der ADI-8 PRO damit in der absoluten Spitzengruppe. Übersprechdämpfung (Crosstalk) Bei solch niedrigen Störanteilen im Audiosignal sollte
natürlich auch das Übersprechen entsprechend gering sein. Crosstalk
wird gemessen, indem man einen Kanal mit einem 1 kHz Sinus mit möglichst
hohem Pegel beschickt, und auf dem Nachbarkanal eine RMS-Pegelmessung durchführt.
Da bei einem guten Design das Grundrauschen höher sein kann als das
übersprechende Signal erfolgt die Messung mit schmalbandigem Bandpass.
Ausserdem wird der zu messende Kanal am Eingang kurzgeschlossen.
TDIF Die TDIF Anschlüsse des ADI-8 PRO unterstützen 24 Bit Audio, seit Revision 2 auch Emphasis, und arbeiten ohne Wordclock-Probleme jeglicher Art. Sie können gerne Wordclock benutzen - gebraucht wird sie in vielen Fällen jedoch nicht. Auch gibt es keine Jumper oder ähnliche Konfigurationshilfen je nach Betriebszustand - wenn die TDIF Schnittstelle richtig umgesetzt wird ist so etwas schlicht überflüssig. Es gibt nur eine (unvermeidbare, weil vom DA-88/38 verursachte) Einschränkung: Wenn der Recorder Slave ist MUSS der Wordclock-Ausgang des ADI-8 PRO mit dem WC-Eingang des Recorders verbunden sein. Im umgekehrten Fall nicht - auch wenn Ihnen das einige Hersteller (und deshalb leider auch viele Anwender) weismachen wollen. ADAT optical Die ADAT optical Anschlüsse des ADI-8 PRO unterstützen 24 Bit Audio, und arbeiten ohne Wordclock-Probleme jeglicher Art. Sie können gerne Wordclock benutzen - gebraucht wird sie in den meisten Fällen jedoch nicht. Der ADI-8 PRO nutzt - egal ob per optical In oder Wordclock getaktet - immer RMEs berühmte Bitclock PLL, inzwischen in der zweiten Generation mit verbesserter Hochfrequenz-Störunterdrückung. Diese aussergewöhnliche Schaltung ist dank sehr feiner Auflösung in der Lage, dem vollen Varipitch-Bereich der ADAT Rekorder zu folgen, ohne ein Sample zu verlieren. Bei der sehr viel groberen Wordclock PLL dagegen werden bei einer schnellen Änderung der Samplefrequenz schon einige Bits falsch abgetastet, bis überhaupt erst wieder ein Wordclock Impuls eintrifft, und die PLL zu einer Nachführung der Frequenz veranlasst. Dies führt zu Drop Outs und Knacksern. Solange Sie also mit dem ADI-8 PRO arbeiten ist alles erlaubt. Bei Geräten anderer Hersteller...nun, probieren Sie selbst... SyncAlign SyncAlign umfasst ein ganzes Bündel an Techniken, die absolute Fehlerfreiheit in Bezug auf Zeit und Kanäle garantieren. Diese Technik aus der DIGI96 Serie haben wir natürlich auch beim ADI-8 PRO implementiert. Der ADI-8 PRO wird NIEMALS Kanäle vertauschen, egal in welchem Clock-Modus er arbeitet. SyncAlign kontrolliert außerdem das zeitliche Verhalten der Kanäle untereinander, so dass diese immer auf's Sample genau synchron sind (siehe Screenshot eines auf sample-Ebene gezoomten 1 kHz Sinus auf allen Kanälen im unteren Bild). Selbst bei Taktung mehrerer ADI-8 über Wordclock erscheinen die analogen Eingangsdaten samplesynchron an den digitalen Ausgängen gewandelt.
Clock Control Die im ADI-8 PRO enthaltenen vielfältigen Funktionen
werden über eine fest programmierte Steuereinheit verwaltet. Diesen
Baustein (für Insider: ein FPGA) könnte man sich als fest verdrahteten
Microcontroller vorstellen. Er steuert die Samplefrequenz
des AD- und DA-Teiles, deren Umschaltung, die Auswertung und Anzeige der
Clock Synchronität (SyncCheck), die Auswertung und Anzeige der analogen
Pegel, und vieles mehr. Darüber hinaus übernimmt er das komplette
Handling der Audiodaten, also deren Formatkonvertierung, Teilung und Zusammenführung,
sowie das Zwischenspeichern (siehe weiter unten - Delay). Delay Jedes digitale Gerät verursacht eine Verzögerung zwischen eingehenden und ausgehenden Daten. Da der ADI-8 PRO keinen DSP enthält gibt es nur zwei verschiedene Delays:
Das Netzteil Das Design der Stromversorgung in einem kombinierten AD/DA-Wandler
unterliegt einer ganzen Reihe von Kriterien. Auf der Suche nach einer optimalen
Lösung entschieden wir uns bereits früh für ein Schaltnetzteil.
Dessen Vorteile liegen auf den ersten Blick in einem einfachen, weltweiten
Einsatz, da es automatisch 100 bis 240 Volt als Eingangsspannung akzeptiert.
Für uns als Hersteller ist dies - sowie der vereinfachte Geräteaufbau
(Netzteil einbauen - fertig) - sehr wichtig.
Hinweise zu den Messungen RME führt alle Messungen mit professionellen Messgeräten nach standardisierten Messmethoden durch. Dabei legen wir grossen Wert auf transparente, der Realität entsprechende, und eben auch unter realen Bedingungen erzielte Messwerte. Einige Mitbewerber geben in den technischen Daten ihrer Geräte nur die Höchstwerte der jeweiligen Chiphersteller aus deren Datenblättern an. Diese Werte sind allein schon deshalb nicht erreichbar, weil im fertigen Gerät noch einige aktive Elektronik dazukommt. Und schließlich ist es kein Geheimnis, dass die Datenblattangaben der Chiphersteller eher 'zu erreichende Ziele' sind, die oft erst in späteren Chip-Revisionen, manchmal aber auch nie erreicht werden. Bei uns müssen Sie keine Zeitschriften nach Tests durchwühlen, wir liefern Ihnen echte Messwerte frei Haus! Für analoge und digitale Messungen verwenden wir das Neutrik A2D mit der dazugehörigen Software AS04 (www.neutrik.com). Es liefert unter anderem RMS unbewertete und bewertete Messwerte nach Industrienorm, sei es Pegel, Klirrfaktor, Rauschen, aber auch Sweeps über fast alle Parameter (siehe Frequenzschrieb). Für Hardwareentwickler ist das A2D dank seiner einfachen Bedienung, den hochgenauen Messergebnissen und seinen vielfältigen, praxisgerechten Anschlüssen unentbehrlich. Auf rein digitaler Ebene verwenden wir eine Windows-Software
mit Referenzcharakter: HpW
Works bietet eine unglaubliche Auflösung und Genauigkeit, und erlaubt
neben obigen FFT Analysen auch das hochexakte Erzeugen digitaler Signale
über einen Softwaregenerator unübertroffener Genauigkeit.
Glossar
Copyright © Matthias Carstens, 1999. |
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