wie ADC aufbohren?

Sinn machts wie geschildert keinen. April haben wir auch nicht, aber Saure-Gurken-Zeit wohl schon ( merkt man an den Gedankenblitzen der Politiker ).

Was es schon gab:

• speziell bei FLASH mehrere A/D-Wandler verbauen um hochauflösenden Wandler höchster Geschwindigkeit zu bekommen. Z.B. ist im Datenblatt 8 Bit ADC0820 auch die 9 Bit Variante gezeigt. Da jedes IC aber nur 1 Bit gibt steigt der Aufwand schneller als der Nutzen. Zumal jedes zusätzliche Bit immer noch mühsamer wird. Es gibt aber Beschreibung aus den 80er Jahren für Forschungsgerät wo man sich so von 6 Bit auf 10 - 12 Bit hochgearbeitet hat.

Sinus ist zwar denkbar aber für "Dithering" nicht so üblich.

• Dithering Z.B. Rauschen zusetzen um die Auflösung eines konventionellen Wandlers etwas zu erhöhen. Abgesehen vom Problem der Erzeugung von "gutem" Rauschen hat man das Rauschen nachher im Signal, muß es also durch Filter wieder beseitigen. Die Variante ist z.B. für Effektivwertmessung verwendbar: man hat zwei 1 Bit A/D-Wandler ( KOPs ) denen man in das Eingangssignal additiv zwei unkorrelierten Rauschquellen zusetzt. Die Multiplikation des Bitstroms kann dann simpel durch XOR-Gate erfolgen. Danach kommt Tiefpaßfilter der den Bitstrom wieder in Analogspannung umsetzt.

MfG JRD

Ja ;-)

Vorallem ohne eklige Alias- und Mischprodukte.

Einfach das Eingangssignal analog tiefpassfiltern (harmloser Besselfilter mit 3dB Punkt gut oberhalb der höchsten NF-Frequenz), damit wirklich sichergestellt ist, dass keine höheren Frequenzen Ärger machen, und dem Signal dann weißes Rauschen hinzufügen, Amplitude in der Größenordnung von etwas mehr als 1/2 LSB. Das Verfahren nennt sich auf neudeutsch Dithering.

Ängstliche Naturen können natürlich auch noch einen Hochpass nach der Rauschquelle spendieren, obwohl die Rauschleistung, welche letztlich in den NF Frequenzbereich fällt, per Definition ohnehin nur ein Bruchteil der dem 1/2 LSB entsprechenden Leistung ist.

Danach auf der digitalen Seite einfach z.B. mittels eines geeigneten FIR-Filters nochmals tiefpassfiltern. Dieser Schritt ist der entscheidende, denn die zusätzlichen Bits ergeben sich ganz von alleine beim Filtern am Akku.

Machbar sind ca. 3dB mehr Dynamik pro Faktor 2 an Oversampling.

Das Rauschen erzeugt man am besten über ein PRN-Register digital, wer echtes Rauschen möchte, kann das PRN dann seinerseits z.B. aus einer im Durchbruch arbeitenden BE Diode eines Transistors und einem darauf folgenden Comparator füttern.

Ach ja: Wer Funksignale digitalisiert, kann sich die Rauschquelle natürlich sparen, der freut sich einfach so über seinen Gewinn an Dynamik im DDC.

Nein. Der einfachste und erprobteste Weg ist wirklich der Dither.

Gruß Oliver

P.s.: Eine *Soundkarte* ist natürlich am Ende günstiger, letztlich arbeiten die Sigma-Delta-Wandler in ihr nach ähnlichen Verfahren (gnadenlose Überabtastung und 1 Bit A/D mit nachfolgendem Digital-FIR, der bei 1 Bit Samples trivial ist).

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Oliver Bartels + Erding, Germany + obartels@bartels.de
http://www.bartels.de + Phone: +49-8122-9729-0 Fax: -10

[...]

Ist Quatsch, da weißes Rauschen kein Aliasing kennt. Seine Energiedichte hängt nunmal per Definition nicht von der Freqenz ab. Da kann ich so oft spiegeln, wie ich will.

Ich würde nicht zuviel erwarten, da die differentielle Nichtlinearität des eigentlichen ADCs dem Ganzen schnell Grenzen setzt.

12 weitere Bits werden es sicher nie werden. Vielleicht 2 bis 4.

Wenn man mit der gewünschten Samplingrate synchronisiert tut es statt des Rauschens auch ein Sägezahn (zu Not auch Dreieck). Dann gibt es sogar 6dB pro doppelte Samplingrate. Die Amplitude muß aber genau 1 LSB sein. Das wird natürlich nicht gelingen, aber, wenn man deutlich mehr nimmt, kann man die differentielle Nichtlinearität ausmitteln. Damit bekommt man am ehesten mehr Bits. Das Verfahren ähnelt ->sliding scale.

Verwöhnt, was? Die einzige Soundkarte der Consumerklasse mit Sigma-Delta-Wandler, die ich je in den Fingern hatte, war ein Aureal Vortex 2. Alle anderen haben sich stets durch das temperaturabhängige DC-Offset verraten. Und natürlich dadurch, daß die hinteren 2 bis 6 Bits nur rauschen sind :-( Da wird das billigste vom billigen verbaut, und auch davon nur der Ausschuß. Bei Onboard-Devices sind es meist 5-6 Bit Noise, also kaum mehr als 10 Signifikante Bits. Mal ganz davon abgesehen, daß das Sigma-Delta-Verfahren nicht nur mit Oversampling arbeitet, sonst mußte man für 48kHz/16Bit mit über 3 GHz arbeiten.

Marcel

Marcel Müller schrieb:

Oh, oh, das wird ein langer thread ...

Welchen Rückschluss erlaubt denn bitte ein DC-Offset aus einer vollständigen Soundkarte über den eingesetzten Wandler? Er erlaubt nicht mehr, als daß die Karte einen DC-Offset hat.

Seit über 10 Jahren werden im PC Audiobereich und auch sonst faktisch nur noch Delta-Sigma Wandler verbaut. Schau Dich mal bei AnalogDevices oder Cirrus in der Audio Codec Abteilung um.

Da gibts auch Papers, die erklären, daß man mitnichten 3GHz dafür braucht ...

- Carsten

Hi!

-Wortwahl!

-Kontext!

Energiedichte ist nicht Leistung. Die Energiedichte des Rauschsignals ist überall gleich. Die Rausch- leistung im Nutzband (NF) ist Energiedichte mal Bandbreite. Ist das Nutzband schmal gegenüber der ADC-Bandbreite, fällt wenig störende Rauschleistung ins Nutzband, wenn nicht, kann man filtern.

Mit Aliasing hats nun überhaupt nix zu tun.

Gruß, Michael.

In dem Fall geht es nicht unbedingt um Aliases (btw. dass die

*Leistungs*dichte - W/Hz wenn Du schon genau sein willst ;-) mit kT theoretisch konstant ist, ist eh klar, dto. die Nicht- Korrelation) sondern um die Leistungsdichte des Dither-Rauschens im *Nutz*frequenzband, die im Extremfall das Nutzsignal vermurksen *könnte*.

Da aber Dither eh' nur im LSB-Bereich hinzugefügt wird und sich die Leistung auf das gesamte und nicht nur auf das Nutzband verteilt, tät ich den Hochpass aber trotzdem einsparen ;-)

Den analogen Tiefpass allerdings nicht, hochfrequente Störungen kommen schneller auf die Leitung als man denkt, und dann digitalisiert man die mit. Sind sie korrelliert, dann ist die Genauigkeit futsch.

Es hängt von der Anwendung ab. Hier wird Deine Schätzung vermutlich hinkommen.

Generell wäre ich aber vorsichtig, Sigma-Delta-Wandler mit Dither schaffen durchaus bis 24 Bit, dann setzt die Physik dem Spiel ein Ende.

Ja, aber auch viele Probleme, wenn irgendwas nicht so ganz linear ist und Mischprodukte bildet ...

Am Ende kauft man doch einen integrierten Wandler :-o

Was erwartest Du von Geiz-ist-Geil-Technik ...

Beim WLAN ist das nicht anders, Rauschzahlen von >20dB lassen bei der neuesten Boeheyhschonwiedereinencentgespart Generation von Karten grüßen. Der Ramsch wird für 5 Euro hergestellt, für 10 ? abgegeben, der Geiz-ist-Geil-Markt haut nochmal 200% Prozent drauf und der geizgierige Käufer legt dann 30 Tacken für den Schrott hin, der noch nichtmal durch eine 11,5er Wand kommt. Dann schallt es von den billigen Plätzen: "WLAN taugt nix".

Zur Soundkarte: Viele behaupten, sie hätten einen 24 Bit Sigma Delta Wandler, der aber wohl eher als Zufallsgenerator (teils mit diversen PC-Taktsignalen korreliert, teils unkorelliert) zu bezeichnen ist.

Es gibt allerdings auch sehr gute Karten mit Breakout Box und eigener Schirmung, die praktisch nur noch den PC als digitalen Rahmen mitbenutzen. Sie kosten halt ein paar Euro mehr ...

Nicht nur, aber auch. Sigma-Delta ist im Prinzip erstmal ein Modulator, der aber auch seine Tücken hat. Deswegen gibt es in hochwertigen IC's (Crystal etc.) die wildesten mehrstufigen Konstruktionen.

Gruß Oliver

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Oliver Bartels + Erding, Germany + obartels@bartels.de
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Naja, ein Delta Sigma sollte doch eigentlich gar kein reproduzierbares DC-Offset haben, oder habe ich da etwas grundsätzlich falsch verstanden? Außerdem sollte er eine relativ gleichmäßige Häufigkeitsverteilung der Samplewerte produzieren.

Irgendwie habe ich die falschen Soundkarten. Ich habe neulich eine Aureon Fun durchgemessen (ist glaube ich CMI8739). Das Ding ist so nichtlinear, daß weit mehr als die Hälfte der 65k Kombinationen in der Häufigkeitsverteilung der Samplewerte gar nicht vorkommen. Und zwar mit typischen Bitmuster-Strukturen in der Verteilung. Nachdem ich den Noisepegel der Karte (ca. 30 Digits RMS) mit ein paar Kondensatoren u.ä. um 4 dB gesenkt habe, hatte die Samplewertverteilung noch mehr Nullstellen. Das spricht doch irgedwie für eine ADC mit sukzessiver Aproximation, oder? Ein ALC650 hat auch keine signifikant anderen Ergebnisse geliefert. Dann habe ich noch eine 13 Jahre alte SB16 ISA/Non-PnP getestet. Das sah schon viel besser aus (3 Digits RMS Noise), aber die typischen Muster in der Häufigkeitsverteilung waren da auch zu erkennen. Eine AD1816 hatte ich irgendwann nochmal am Wickel, aber ich erinnere mich nicht mehr, warum ich die gleich wieder 'rausgeschmissen habe.

Das ist schon klar. Der Trick ist die exponentielle oder zumindest nichtlineare Reaktion auf wiederholte Bits. Das bezog sich nur auf das "gnadenlose Oversamling".

Marcel

"Oliver Bartels":

Ja, das kann ich mir inetwa vorstellen. Von den angepeilten 120dB Gesamtdynamik wäre ich dann aber doch noch weiter entfernt, als mit der Sinusmethode (welcher ich ja einen Dynamikgewinn von idealerweise 6dB pro Verdopplung der Samplefreq. unterstelle).

(-: Klar, Aaserei ist's, keine Frage.

Gruss

Jan Bruns

Entschuldigung.

Ich nehme alles zurück. Ich habe irrtumlicherweise *Tief*paß gelesen und mich deshalb gewundert. (siehe auch Antwort von Oliver)

Genaugenommen müßte man in diesem Fall die Bandbreite nach oben aber auch begrenzen, sonst kommt man über das Aliasing doch wieder in den Nutzfrequenzbereich, oder? Allerdings dürfte das Gros der ADCs bei knapp dem doppelten der Nyquistfrequenz nicht mehr so viel entgenennehmen.

Marcel

Marcel Müller schrieb:

Nicht unbedingt, das kann auch am Jitter liegen, auf den Delta-Sigma besonders empfindlich reagieren und der bei billigen Wandlern auf billigen Karten in hochgradig verseuchten PCs eben auch gerne etwas größer ist, oder an billigen Dezimationsfiltern.

Was der 8739 für ein Wandler ist, weiß ich nicht, ich wüßte aber nicht, warum die Hersteller dieser Wandler DeltaSigma draufschreiben sollten, wenn eine andere Technologie drin ist. Mal abgesehen davon, daß es eben auch viel einfacher und billiger ist, einen DeltaSigma Audio Wandler herzustellen als einen eff. 14-18 Bit Wandler 'alter' Technologie. Was hätten die Hersteller also von diesem 'Beschiss', inkl. aufwendigster Datenblattfälschungen?

Die Lektüre der Cirrus/Crystal/AKM Datenblätter und einiger diesbezüglicher Papers dürfte das klarmachen.

- Carsten

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Hallo Jan, natürlich kannst Du durch 4000-fache Überabtastung problemlos 12 zusätzliche Auflösungsbits erzeugen(einfach 4096-mal hintereinander abtasten und die Werte aufaddieren). Das es zwischen Auflösung und Genauigkeit einen Riesenunterschied gibt, müsste Dir aber auch klar sein... Gruss Harald

Hallo,

"Harald Wilhelms":

Also ich verstehe eigentlich erstmal nicht, was Du sagen willst.

Zunächst mal darf man natürlich nicht einfach den arithmetischen Mittelwert der Abtastwerte berechnen, und gleichzeitig meinen, damit eine anständige Samprate-Umwandlung geleistet zu haben. Von einem solchen Plan hat ja aber auch niemand berichtet.

Derart stumpfes exzessives Oversampling würde (auch ohne Abtastratenanpassung) zudem auch den Klirrfaktor nicht signifikant verbessern: Signale