Daten-induzierter Jitter

Musikwiedergabe über PC und Mac
Fortepianus
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Re: Daten-induzierter Jitter

Beitrag von Fortepianus »

Liebe Jitter-Interessierte,

ich bin Euch noch was schuldig:
Christian hat geschrieben:Ich habe den Thread erst heute entdeckt und lese ihn auch mit Interesse (und geringem Sachverstand). Eine Frage will ich mir nicht verkneifen: Wie "klingt" denn der Jitter am Ausgang des Jittermonitors? Gutes Bassfundament, Tiefestaffelung, etc Im Ernst, ist das nur wildes Zwitschern und Geknurpsel oder wie hört sich das an? Kannst Du mal ein paar Sekunden als MP3 hier posten?
Ich habe einfach mal das Notebook genommen, das an meinem Hörplatz liegt und einen Eingang gesucht - da hat's nur einen Mikroeingang. Na gut, habe ich halt genommen, und an den Tapeausgang des VV gestöpselt. Dann den Eingang des VV auf den besagten Jittermonitor. Das Signal ist sozusagen die zeitliche Abweichung der Taktflanken vom Ideal (ich will hier niemand verwirren, in Wahrheit ist es ein bisschen komplizierter). Verzeiht, dass es das Fileformat wma hat, das konnte halt der eingebaute Windowsrekorder.

Erst mal das Sonos-Würfelchen ZP80, ohne dass Musik läuft:

Jittermonitor Sonos ZP80 ohne Signal.wma

Man beachte bitte, dass das Signal gnadenlos hochverstärkt wurde. Dazu kommt dann noch, dass das Linesignal am Tapeausgang in den eigentlich viel zu empfindlichen Mikroeingang des Notebooks geht.

Hier das Teac-Laufwerk ohne Musiksignal:

Jittermonitor TEAC ohne Signal.wma

Jetzt der Sonos, aber gleichzeitig der Teac eingeschaltet.

Jittermonitor Sonos ZP80 ohne Signal mit TEAC eingeschaltet.wma

Man hört eine Beeinflussung des Sonos durch den Teac, bedingt durch Übersprechen an den Eingängen.

Jetzt Sonos mit Musik:

Jittermonitor Sonos ZP80 mit Signal

Teac mit Musik:

Jittermonitor TEAC mit Signal.wma

Die Musik war in beiden Fällen das gleiche Stück. Konnte jemand erkennen, was es war?

Zum Schluss noch das Signal, wenn das Satradio angeschlossen ist - leider ist der Eingang der Soundkarte damit übersteuert, aber für einen groben Vergleich der Größenordnung reicht das:

Jittermonitor Sat-Tuner.wma

Vielen Dank für die Unterstützung bei den Files, Rudolf.

Viele Grüße
Gert
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Kienberg
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Re: Daten-induzierter Jitter

Beitrag von Kienberg »

Hallo Gert,

danke für Deine Mühen diese Files zu erstellen.

Habe mir mal die 5 (der "Sonos mit" geht ja noch nicht) auf meinen Genelec 1029A am PC via foobar angehört.

Ich konnte beim "Teac mit" nach dem Einsatzpegelsprung nur so "Stimmen aus Jenseits" hören, nicht aber was sie mir sagen wollen. :mrgreen:

Das Sat-Tuner-Beispiel ist ja ein "Frontalangriff" auf die Ohren, da bin ich ratlos, was Du damit zeigen willst ?


Gruss Sigi
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Fortepianus
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Re: Daten-induzierter Jitter

Beitrag von Fortepianus »

Hallo Sigi,
Kienberg hat geschrieben:Ich konnte beim "Teac mit" nach dem Einsatzpegelsprung nur so "Stimmen aus Jenseits" hören, nicht aber was sie mir sagen wollen. :mrgreen:
schon gar nicht schlecht, J. S. Bach lebt ja nicht mehr :mrgreen:
Kienberg hat geschrieben:Das Sat-Tuner-Beispiel ist ja ein "Frontalangriff" auf die Ohren, da bin ich ratlos, was Du damit zeigen willst?
ich wollte zeigen, auf welch niedrigem Jitter-Niveau sich Sonos und Laufwerk bereits befinden, durch die enorme Verstärkung fehlt einem sonst der Bezug. Das Jitter-Signal vom Sat-Tuner kann sich übrigens je nach Tageszeit und Wetter völlig unterschiedlich anhören. Wenn man nachts den Himmel betrachtet, kann man ein Funkeln der Sterne beobachten. Das kommt daher, dass das Licht auf dem Weg durch die Atmosphäre ganz leicht unterschiedliche Brechungsindizes durchläuft, je nach Luftdruckschwankung. Es sind kleine, sich durch Luftströmungen ständig ändernde Verhältnisse, die das Licht auf dem Weg zum Auge durchläuft. Kennt man auch vom Flimmern der Luft über heißen Flächen. Genauso geht es dem Signal vom Satellit zur Schüssel, das ist ebenso eine elektromagnetische Welle wie Licht, nur eben mit größerer Wellenlänge. Diese Fluktuationen verursachen ein beachtliches Phasenrauschen des Signals, besser bekannt als Jitter. Die Kunst, einen bzgl. Klang guten Sat-Tuner zu bauen, liegt also zunächst einmal darin, das Taktsignal sauber zu rekonstruieren.

Viele Grüße
Gert
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Christian
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Re: Daten-induzierter Jitter

Beitrag von Christian »

Hallo Gert,

vielen Dank für die Samples. Eine Frage zu den "Stimmen aus dem Jenseits": Ist das ein Übersprechen des Nutzsignals (d.h. in diesem Zusammenhang ein Messfehler) oder sind sie dem Jitter aufgeprägt?

Viele Grüße
Christian
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JoeBroesel
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Re: Daten-induzierter Jitter

Beitrag von JoeBroesel »

Hi,
ein interessantes Spektrum haben diese Dateien, z.B. so


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Wie ist das zu erklären, der "Absturz" bei ca. 16 kHz?
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Fortepianus
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Re: Daten-induzierter Jitter

Beitrag von Fortepianus »

Hallo Christian,
Christian hat geschrieben:vielen Dank für die Samples. Eine Frage zu den "Stimmen aus dem Jenseits": Ist das ein Übersprechen des Nutzsignals (d.h. in diesem Zusammenhang ein Messfehler) oder sind sie dem Jitter aufgeprägt?
ich habe eben zur Überprüfung folgendes Experiment gemacht: Jittermonitor auf die Lautsprecher geschaltet und Musik über den Sonos abgespielt. Und die besagten Stimmen aus dem Jenseits gehört. So, und nun wird bei mir ja das Signal, nachdem es von der Taktaufbereitung erfasst ist, wieder zum Prozessorausgang rausgeleitet und geht digital in den Behringer DEQ2496, wo man mit Filtern rumspielen kann. Für den Jittermonitor ist es aber egal, was mit dem Signal weiter passiert. Wenn ich nun einfach an diesem Prozessorausgang das Signal abziehe, klingt das auf dem Jittermonitor genauso wie vorher. Bei abgezogener Prozessorschleife kommt aber kein Signal mehr an den Wandlern an. Das heißt, es ist kein analoges Übersprechen, worum es Dir bei Deiner Frage ja ging, mehr möglich. Da es unverändert klingt, kann ich diesen von Dir befürchteten Messfehler ausschließen. Das Nutzsignal ist also dem Jitter aufgeprägt. Aber Kompliment, sauber mitgedacht! Ich hatte ja erwähnt, dass das Signal eine hohe Verstärkung hinter sich hat, da ist ein Übersprechen des analogen Signals auf das Messsignal durchaus zu bedenken.

Viele Grüße
Gert
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Fortepianus
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Re: Daten-induzierter Jitter

Beitrag von Fortepianus »

Hallo Rainer,
JoeBroesel hat geschrieben:Wie ist das zu erklären, der "Absturz" bei ca. 16 kHz?
da habe ich erst mal keine Erklärung dafür so aus dem Ärmel parat, der Absturz ist viel zu steil, um irgendwie durch einen analogen Tiefpass erklärt werden zu können...ah jetzt dämmert's mir gerade, während ich schreibe, der Audiorekorder von Windows, den ich hier unter Vista verwendet habe, hat wohl eine Samplingfrequenz von 32kHz verwendet, das würde genau passen.

Gruß Gert
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JoeBroesel
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Re: Daten-induzierter Jitter

Beitrag von JoeBroesel »

Hallo,
ja, das mit den 32 kHz würde passen, wäre da nicht das Sat-Signal, das auch über 16 kHz hinausgeht. Oder hast du das anders aufgenommen?

Grüße
J.
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Fortepianus
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Re: Daten-induzierter Jitter

Beitrag von Fortepianus »

Hallo Rainer,
JoeBroesel hat geschrieben:ja, das mit den 32 kHz würde passen, wäre da nicht das Sat-Signal, das auch über 16 kHz hinausgeht. Oder hast du das anders aufgenommen?
das Satsignal ist mit dem gleichen miesen Stück Software von MS aufgenommen wie der Rest, da kann man genau gar nichts einstellen und auch keine Parameter rausfinden. Das Satsignal ist halt stark übersteuert, das ist deutlich im Clippingbereich.

Aber ich verstehe Deine Mühe jetzt nicht so richtig - warum willst Du das Spektrum anschauen? Das ist witzlos. Wenn man das Jitterspektrum anschauen will, macht man das am besten mit einem Spektrumanalyser direkt am Digitalsignal. Professionell macht man das so, wenn's um 44,1kHz Samplingrate geht:

- 11.025kHz Sinussignal (1/4 der Taktrate)
- diesem Sinus überlagert man einen Rechteck mit 229,...Hz (1/192 der Taktrate) mit kleiner Amplitude, so dass sich gerade das letzte Bit ändert.

Dann schaut man das Spektrum dieses 11kHz-Sinus an, der durch den überlagerten Rechteck eine Menge Seitenlinien hat, die aber genau definiert sind. Zusätzliche Linien zeigen den Jitteranteil. Das ist nicht einfach zu interpretieren und auch nicht immer einfach aus dem Rauschteppich, der jeder Messung eigen ist, raus zu lesen.

Mit der Methode, die ich vorgestellt habe, kann man das Spektrum hörbar machen. Das ist enorm hilfreich beim Vergleich verschiedener digitaler Signalquellen. Daraufhin wurde ich gebeten, doch mal ein paar Sekunden davon zu posten, um einen Eindruck zu kriegen, wie sowas klingt. Diese auf einfachste Weise aufgenommenen Files in schlechter Qualität jetzt bis ins letzte Detail ihres Frequenzspektrums zu analysieren, bringt uns glaube ich nicht weiter.

Nochmal, der Reiz an dieser Methode ist, dass man den zeitlichen Verlauf des Spektrums hören kann und dadurch die Musik im digitalen Taktsignal wiederfindet. Beim Spektrumanalyser hat man nur eine Momentaufnahme.

Gruß Gert
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derdoctor
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Beitrag von derdoctor »

Hallo Gert

Ich hab da mal ne Frage zur klanglichen Auswirkungen des Dateninduzierten Jitters.
Ich beschäftige mich manchmal beruflich mit dem Thema, eigentlich aber eher selten, da ich dank Wordclock
in der Regel keine ernsthaften Probleme habe.
Mein Fazit war bislang: 'Mach eine Ordentliche Verkabelung (asym=75 Ohm, Sym 110 Ohm)
und alles geht gut'. Ich habe bislang noch keine AB Tests gemacht um eine evtl jitterverseuchte Verbindung gegen eine sauberere zu vergleichen. Daher habe ich keine Vorstellung was sich da Klanglich verändert.

Ich habe allerdings auch ein leichtes Problem damit was sich da klanglich Auswirken soll.
Gut, man braucht einen Takt um die Daten nach der Übertragung durch ein Medium einwandfrei zurückzugewinnen.
Da die Flanken nicht endlos Steil sind kann der Takt nur Jitternd zurückgewonnen werden, allerdings sehe ich nirgends (habs auch selten so gemessen) das der Jitter die Ausmaße der eigentlichen Bitlänge erreicht und somit sollten die Flanken doch interpretiert werden können. Daher müsste meiner Meinung nach das Bit (und auch die folgenden) korrekt erkannt werden. Solange das der Fall ist, sollte es doch keine Probleme auf dem DAC geben, da der doch die unverfälschten Daten bekommt um sie wieder in ein Analogsignal zu wandeln. Nicht falsch verstehen ich will nicht anzweifeln das der hier beschriebene Jitter keine Auswirkungen hat.
Ich bin bislang lediglich davon ausgegangen das es ausreicht wenn das Taktsignal keine grösseren Schwankungen erreicht wie die eigentlich Bitlänge, also die Bits zweifelsfrei erkannt werden können.


Sind deine Hörbeispiele Digitalsignale die du ohne Wandlung Analog ausgegeben hast?
Klingt ungefähr so wie wenn ich ein AES kabel in ein Analogmischpult stecke und Aufdrehe.

Gruß Gerd
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Fortepianus
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Beitrag von Fortepianus »

Hallo Gerd,

ein herzliches Willkommen im Forum auch von meiner Seite. Nach der Lektüre Deiner Vorstellung klingt das für mich, als würden wir an der Lötfront Verstärkung bekommen mit Dir :cheers: .

Komm' jetzt gerade zeitlich nicht dazu, aber ich schreib' gerne bei Gelegenheit was, wie und vor allem warum sich Jitter überhaupt klanglich auswirken kann. Das sind ganz einfache Zusammenhänge, die bei der AD- oder DA-Konvertierung (und nur genau da) eine Rolle spielen. Wenn's nicht um AD-oder DA-Konvertierung geht, hast Du recht, Bit erkennen reicht völlig. Jitter spielt sich auf einer ganz erhebliche kürzeren Zeitskala ab als der Takt. Wenn Du Dich ein wenig geduldest, erkläre ich das gerne.

Viele Grüße
Gert
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Systac
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Beitrag von Systac »

Nur damit dus weist Gert. Hier ist noch jemand der auf deine Ausführung wartet :wink:

Gruß Marius
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Fortepianus
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Beitrag von Fortepianus »

Hallo Gerd, Marius und alle die wissen wollen, warum man Jitter hören kann.

Von Gerd kam ja eine Steilvorlage:
derdoctor hat geschrieben:Ich habe allerdings auch ein leichtes Problem damit was sich da klanglich Auswirken soll.
Gut, man braucht einen Takt um die Daten nach der Übertragung durch ein Medium einwandfrei zurückzugewinnen.
Da die Flanken nicht endlos Steil sind kann der Takt nur Jitternd zurückgewonnen werden, allerdings sehe ich nirgends (habs auch selten so gemessen) das der Jitter die Ausmaße der eigentlichen Bitlänge erreicht und somit sollten die Flanken doch interpretiert werden können. Daher müsste meiner Meinung nach das Bit (und auch die folgenden) korrekt erkannt werden. Solange das der Fall ist, sollte es doch keine Probleme auf dem DAC geben, da der doch die unverfälschten Daten bekommt um sie wieder in ein Analogsignal zu wandeln.
Für ein tieferes Verständnis der Zusammenhänge ist es unerlässlich, die Funktionsweise eines DA-Konverter-Chips etwas genauer zu verstehen. Schauen wir uns also mal genauer an, was in so einem DAC-Chip vor sich geht. Er kriegt folgende Signale (hier am Beispiel meines Lieblings-DAC PCM1704 von BurrBrown, aus dessen Datenblatt auch das Bild stammt):

Bild

Diese 3 Leitungen sind grob gesagt das, was in der Regel gemeint ist, wenn es um die mysteriöre, hier im Forum schon oft angesprochene I²S-Schnittstelle geht. Die bei Franz seinen (jetzt ausrangierten) Wandler mit dem Laufwerk verband. Bei Peter immer noch. Und in jedem CD-Player so in irgendeiner Form intern zu finden ist. Es gibt verschiedene Varianten, mal sind die Bits links bündig, mal links bündig mit Versatz (I²S oder auch Philips-Format genannt), mal rechts bündig zur Wordclock (Sony-Format wie hier gezeigt). Mal ist die steigende Flanke, mal die fallende eines Taktsignals von Bedeutung.

Es gibt also drei Signalleitungen, die erste beinhaltet die Daten (DATA), dann die Bitclock (BCK) und die Wordclock (WCLK). Die Bitclock sagt, zu welchem Zeitpunkt man in DATA schauen muss, ob es Null oder Eins ist. WCLK sagt, wann ein Datensatz anfängt. Oder, wie hier im Bild, wann das Ende ist. Egal, Hauptsache, man weiß, wo das MSB (das Bit mit dem meisten Gewicht) und das LSB (das Bit mit dem kleinsten Einfluss) ist. Mit Bitclock (immerhin 24,576MHz in meinem DAC) werden die Daten in ein Schieberegister geklopft. Beim ersten Taktschlag (wenn das Taktsignal von Null auf Eins wechselt) wird das LSB (Bit Nr. 24 im Bild oben) in die erste Speicherzelle des Schieberegisters geschrieben. Es besteht aus 24 Speicherzellen. Bei der nächsten positiven Flanke des Takts wird eins weiter geschoben, also B24 rückt auf Zelle 2 und B23 wird in Zelle 1 eingelesen. Und so weiter, bis alle 24 Bit stramm im Register stehen.

Bei einem Multibitwandler, wie ich ihn hier beschreibe, wird dieser Inhalt des Schieberegisters nun in einen Analogwert übersetzt. Jede dieser 24 Speicherzellen steuert eine Stromquelle. Zelle Nr. 1 (mit dem MSB, Bit Nr. 1) kann immerhin die Hälfte des maximal möglichen Stroms beisteuern. Zelle Nr. 2 ein Viertel, Nr. 3 ein Achtel und so weiter. Man macht das mit Stromquellen, weil man Ströme so einfach addieren kann - Stichwort Kirchhoffsche Knotenregel. Man braucht nur alle Stromquellen miteinander verbinden und schon hat man die Summe. Die 24 Stromquellen sind also mit den Bit-Werten gewichtet. Und jede hat einen Schalter (Transistor), der vom Wert der zugehörigen Speicherzelle des Schieberegisters gesteuert wird.

Die Frage ist nur - wann werden die Schalter für die Stromquellen gesetzt? Zum Beispiel könnte man das mit der fallenden Flanke von WCLK im Bild machen, da sind alle Werte ins Register eingelesen. So wird das z. B. beim PCM63 und anderen gemacht. Oder, man wartet, bis (elektrisch gesehen) Ruhe im Chip eingekehrt ist und macht das z. B. mit der übernächsten positiven Flanke von BCK, wie beim PCM1704.

Wurden alle Schalter (möglichst gleichzeitig) gesetzt, geht das Spiel von vorne los, der nächste Datensatz wird durch Register geschoben und überschreibt einfach die vorhergehenden Werte. Dann werden wieder alle Schalter gleichzeitig gesetzt, und so weiter. Im Rhythmus von WCLK.

Mit der Flanke des Taktsignals, entweder WCLK oder BCK, wird also der Zeitpunkt bestimmt, an dem sich der Analogwert ändert. Der Analogwert ist die Summe der 24 Stromquellen. Der Wert bleibt eingefroren, bis sich die Schalterstellung wieder ändert. Der Zeitpunkt der Taktflanke bestimmt also direkt den Zeitpunkt, wann sich der Wert im Analogsignal wiederfinden lässt.

Das Ausgangssignal ist also ein Strom, der 2hoch24 Abstufungen kennt. Das wird in eine Spannung gewandelt (die klangsensibelste Stelle im Analogteil eines DAC) und dann mit einem Tiefpass die Treppenstruktur entfernt.

Wenn die Taktflanken nun wackeln (Jitter), wackelt im gleichen Rhythmus der Ausgabezeitpunkt des Stroms, der Zeitpunkt also, zu dem die Schalter umgesetzt werden. Der wackelnde Takt bewirkt damit direkt eine (ungewollte) Änderung des Analogsignals. Würde der Takt zum Beispiel mit einer festen Frequenz von 1kHz hin- und her zittern, gäbe das direkt Seitenbänder im Abstand von 1kHz unter- und oberhalb des Nutzsignals, also käme zu einem gedachten Ton von z. B. 5kHz einer mit 4 und einer mit 6kHz dazu. Je nach Größe der zeitlichen Abweichung (wird in ns oder ps angegeben) mehr oder weniger stark in der Amplitude. Da der Takt aber in der Regel nicht mit einer festen Frequenz wackelt, sondern alle möglichen Jitterfrequenzen im Hörbereich vertreten sind, bewirkt der Jitter eine spektrale Verbreiterung jeder Nutzfrequenz, die abgespielt werden soll. Und so klingt es auch: Verschliffen und unsauber.

Ich hoffe, ich konnte das Geheimnis "warum kann man das denn überhaupt hören" ein wenig lüften.

Viele Grüße
Gert
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wgh52
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Beitrag von wgh52 »

So Gert,

nachdem nun klar ist, dass und warum man Jitter hören kann, habe ich eine Frage:

Hintergrund:
Wenn man eine serielle Datenverbindung zwischen CD-Laufwerk und DA Wandler hat: z.B. SPDIF, dann ist aus verschiedenen Gründen dateninduzierte Jittergefahr gegeben. OK.

Lösung eines "Naiven":
Nach meinem Verständnis bräuchte man dem DA Wandler dann eigentlich die Daten "nur" mit einem neuen, guten Takt zu geben um eingehende Daten und an den DA Wandler gegebene Pakete taktmässig zu "entkoppeln":
1. Einlesen der Daten mit aus dem seriellen Signal regeneriertem Bit/Word-Clock
2. Ablegen der "Daten-Words" in einem Pufferspeicher-FIFO (über die Grösse müsste man nachdenken...)
3. Auslesen der Pufferdaten und Weitergabe der "Daten-Words" an den DA Wandler mit einem neuen, lokal erzeugten, festen, jitterarmen Clock

Das sieht mir zwar etwas aufwändig aber nicht unbezahlbar aus.
Und: Damit sollte das Jitterthema erledigbar sein, denn die Qualität hängt jetzt nur noch vom lokal erzeugten Takt ab.

Jetzt endlich meine Fragen:
- Wird das in "unseren" DA Wandlern nicht so gemacht?
- Falls Nein: Warum? bzw. Wie dann?
- Oder mache ich einen Denkfehler?

Danke und Gruss,
Winfried
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Fortepianus
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Beitrag von Fortepianus »

Hallo Winfried,
wgh52 hat geschrieben:1. Einlesen der Daten mit aus dem seriellen Signal regeneriertem Bit/Word-Clock
2. Ablegen der "Daten-Words" in einem Pufferspeicher-FIFO (über die Grösse müsste man nachdenken...)
3. Auslesen der Pufferdaten und Weitergabe der "Daten-Words" an den DA Wandler mit einem neuen, lokal erzeugten, festen, jitterarmen Clock

Jetzt endlich meine Fragen:
- Wird das in "unseren" DA Wandlern nicht so gemacht?
- Falls Nein: Warum? bzw. Wie dann?
- Oder mache ich einen Denkfehler?
wenn Du die Beschreibung meines DA-Wandlers durchliest, wirst Du sehen, dass ich das im Prinzip genau so gemacht habe.

Einen kleinen Denkfehler hast Du aber dennoch drin: Die angedachte Superclock am DA und der Takt, mit dem die Daten in den FIFO sprudeln, sind nicht synchron. Irgendwann (und das geht sehr zackig) läuft der FIFO über oder leer, je nach dem, welche Taktfrequenz höher ist. Zwei Quarze unterscheiden sich immer in ihrer Frequenz, das ist nicht zu vermeiden, wenn sie frei laufen. Deshalb lese ich die Daten aus dem FIFO mit einem Takt aus, der aufwändig in einer zweistufigen PLL aus dem Eingangstakt restauriert wurde. Das ist schon recht gut, mir aber noch nicht gut genug. Deshalb wird mit diesem beinahe-Supertakt aus dem FIFO gelesen und in einen ASRC (Asynchronen Sampleratenkonverter) reingetaktet. Der filtert das Gejittere nochmal enorm. Aus dem hole ich es dann wirklich mit dem saubersten Takt, den ich irgendwie in der Lage bin herzustellen. Es ist ein extrem jitterarmer Taktgenerator mit 24,576MHz, der zugleich die DAC-Chips füttert. Wenige cm daneben sitzend, damit auch ja kein Jitter über irgendeine Kabeldispersion eingefangen wird.
Das sieht mir zwar etwas aufwändig aber nicht unbezahlbar aus.
Der Normal-Techniker wird sagen, das ist ein Overkill. Ich sage, das ist halt notwendig, sonst wird's nix :P .
Und: Damit sollte das Jitterthema erledigbar sein, denn die Qualität hängt jetzt nur noch vom lokal erzeugten Takt ab.
So ist es.

Viele Grüße
Gert
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