Компьютерный измерительный комплекс

кой документации на микросхему CS4232 написано, что интервалы изменения входного и выходного напряжения кодека центрированы относительно образцово­ го напряжения VREF [24]. Типовое значе­ ние VREF равно 2,2 В. Поскольку, как ука­ зано в [24], этот источник не допускает никакой существенной нагрузки по по­ стоянному току, к нему подключен буфер­ ный повторитель напряжения на микро­ схеме DA5. Использование встроенного в кодек источника образцового напряже­ ния существенно уменьшает дрейф сме­ щения уровней при изменении темпера­ туры и напряжения питания. На микро­ схемах DA3, DA4 выполнены инверторы образцового напряжения, необходимые для цепей смещения нулевого уровня входных сигналов. Применение раздель­ ных инверторов продиктовано необходи­ мостью максимально точной подстройки нуля каждого из входных каналов, имею­ щих, как правило, различные значения сдвига нуля. Точную подстройку нуля раз­ дельно для каждого из двух каналов про­ изводят подбором резисторов R7 и R10.

Узел смещения нулевого уровня для входных сигналов построен на ОУ DA1 и DA2. Они выполняют вычитание ин­ вертированного напряжения образцо­ вого источника из входного (измеряе­ мого) напряжения. Таким образом осу­ ществляется суммирование входного (измеряемого) сигнала и образцового напряжения. Диоды VD1—VD4 на выхо-

дах ОУ предназначены для защиты вхо­ дов АЦП от превышения допустимого напряжения на них, возникающего при перегрузке входным сигналом или во время переходных процессов при вклю­ чении и выключении всего устройства.

Кроме входов LAUX1 и RAUX1, для ввода сигнала в кодек могут быть ис­ пользованы также входы LLINE, RLINE. Ввод с тех или других переключается с помощью программного микшера, вхо­ дящего в состав операционной системы Windows. Если снабдить узлами смеще­ ния нуля все указанные входы кодека, то это позволит программно переклю­ чать ввод от двух сдвоенных источников сигнала без применения дополнитель­ ного оборудования. В этом случае для смещения нуля дополнительных кана­ лов LLINE, RLINE должны быть продуб­ лированы микросхемы DA1—DA4, а так­ же соответствующие резисторы и дио­ ды VD1—VD4.

Узел смещения нулевого уровня для выходных сигналов кодека выполнен на ОУ DA6 и DA7. Они выполняют вычита­ ние напряжения образцового источника из выходного напряжения ЦАП. Точная подстройка нуля раздельно в каждом из каналов осуществляется подбором ре­ зисторов R14 и R18. Конденсаторы С 1 , С2 размещены на звуковой плате.

Полная реализация возможностей кодека по динамическому диапазону (более 80 дБ [24]) требует применения в качестве усилителей DA1—DA7 малошумящих ОУ с полевыми транзистора­ ми на входах и скоростью нарастания выходного напряжения в режиме еди­ ничного усиления не менее 1 В/мкс. От­ личные результаты дают импортные ОУ AD743, AD745. Несколько худшие пара­ метры обеспечивают отечественные ОУ с большим смещением нуля (серий 574УД1 и 544УД2); они должны быть снабжены типовыми цепями коррекции нуля по схемам, приводимым в спра­ вочной документации. Эти цепи коррек­ ции позволят также более точно ком ­ пенсировать смещение нуля ЦАП и АЦП кодека. В случае, если применяемые ОУ для стабильной работы требуют внеш­ них цепей коррекции частотной харак­ теристики, то их также следует выпол­ нить в соответствии с документацией.

Для питания всех ОУ необходим двухполярный стабилизированный малошумящий источник постоянного тока на­ пряжением 2х(5...12) В. В цепях питания ОУ следует установить блокировочные конденсаторы емкостью 0,1 м к Ф (кера­ мические или пленочные) и 10 м к Ф (ок­ сидные). При условии дополнительной фильтрации помех допустимо исполь­ зование имеющегося в компьютере ис­ точника напряжением +/-12 В. Все по­ казанные на схеме цепи смещения и со­ единения с общим проводом следует соединить с "аналоговой землей" зву­ ковой платы. В микросхеме CS4232 — это вывод 80 (AGND). Вывод 81 CS4232 (VA) — цепь питания аналоговой части кодека — использован для подключения защитных диодов VD2, VD3.

Применяемые в устройстве резисто­ ры должны быть обязательно малошумящие, например, металлопленочные С2-1 любой мощности. Резисторы, име­ ющие на схеме номинал 10 кОм, следу­

ет подобрать по парам для каждого из ОУ с минимальным разбросом (до 0,1 % ) . Это требуется для наиболее точ­ ной компенсации смещения уровня. Собственно номинальное сопротивле­ ние этих резисторов значения не имеет и может быть в интервале 5...10кОм. Резисторы, имеющие на схеме номинал 1 кОм, выполняют защитные функции; их точность значения не имеет.

В качестве VD1—VD4 можно исполь­ зовать любые высокочастотные крем­ ниевые диоды с малой емкостью, на­ пример, серии КД503.

Наилучшая конструкция узла смеще­ ния уровней — на отдельной экраниро­ ванной печатной плате, расположенной "вторым этажом" на звуковой карте. То­ пология печатной платы автором не разрабатывалась — опытный экземпляр устройства выполнен на макетной пла­ те. Дополнительную плату следует снабдить типовой металлической ско­ бой крепления, на которой должны быть расположены выходные и входные коак­ сиальные разъемы Х1—Х4.

Дополнительное налаживание уст­ ройства для повышения точности рабо­ ты заключается в подборе некоторых резисторов. Смещение входного сигна­ ла регулируется подбором резисторов R7, R10 при замкнутых входах устройст­ ва (разъемы Х1, Х2). Индикатором наст­ ройки должен служить осциллограф комплекса.

Установка смещения выходных уси­ лителей DA6, DA7 производится подбо­ ром резисторов R14, R18 при полном затухании сигнала от генератора ком­ плекса, для этого в нем должны быть включены кнопки Mute. В качестве ин­ дикатора нуля следует использовать милливольтметр постоянного тока или уже настроенную входную часть описы­ ваемого устройства.

Такой же переделке можно подверг­ нуть и другие звуковые карты, построен­ ные на микросхемах ЦАП и АЦП, имею­ щих сходную с CS4232 структуру. Оче­ видно, что нумерация использованных выводов и их обозначения могут отли­ чаться от указанных на рис. 13. Эти све­ дения могут быть получены из техничес­ кой документации конкретных микро­ схем. В настоящее время такая информа­ ция, как правило, доступна на интернетсайтах компаний — производителей ми­ кросхем ЦАП и АЦП. Если в звуковой кар­ те применены ЦАП и АЦП, выполненные на раздельных микросхемах, то в каче­ стве источников образцового напряже­ ния для смещения уровня входных и вы­ ходных сигналов следует использовать соответствующие выводы ЦАП и АЦП.

Здесь необходимо сделать одно су­ щественное замечание. В высококачест­ венных (и относительно дорогих) звуко­ вых картах часто применяют цифровые фильтры верхних частоте частотой среза несколько герц. Так сделала, например, фирма Turtle Beach Systems в своей зву­ ковой карте Fiji. Подобные фильтры предназначены для компенсации сме­ щения и дрейфа нуля входного АЦП. Фильтры могут быть выполнены на крис­ талле кодека или встроенного цифрово­ го процессора обработки сигналов, они могут иметь и программную реализацию в драйвере. В любом из перечисленных

случаев это сделает невозможным ис­ пользование такой звуковой карты для ввода сигналов очень низких частот. Вы­ яснить такой факт до начала переделки можно почти наверняка следующим об­ разом. Для этого необходимо оценить смещение и дрейф нуля АЦП при отсут­ ствии входного сигнала (замкнутый вход)

спомощью осциллографа компьютерно­ го комплекса. В случае, если измеренное смещение превышает 5—10 единиц младшего разряда, да еще и изменяется

спрогревом, то почти наверняка никако­ го цифрового фильтра нет. Если смеще­ ние существенно меньше, то это означа­ ет, что либо используется очень хороший и стабильный АЦП, либо применен циф ровой фильтр верхних частот.

Еще один способ предварительной проверки реальной возможности ввода постоянного напряжения заключается

всоединении между собой выхода ROUT

ивхода RAUX1 (в терминах кодека CS4232) и измерении сквозной АЧХ в об­ ласти сверхнизких (вплоть до 10 - 3 Гц) частот с помощью генератора и осцил­ лографа, входящих в состав компьютер­ ного измерительного комплекса. Такой метод проверки гарантирует надежный результат, но требует предварительного вмешательства (хотя и незначительно­ го) в цепи звуковой карты.

Вывод инфразвука и постоянного то­ ка описанным здесь способом обычно возможен без каких-либо сложностей для любых звуковых карт независимо о типа примененного ЦАП.

Доработанная таким путем звуковая карта обеспечивает при работе компью­ терного генератора сигналов нижнюю границу частотного диапазона по вы­ ходному электрическому напряжению до 10- 3 Гц. Для комбинированного ком­ пьютерного анализатора спектра ниж­ няя рабочая частота составляет 10-3 Гц, для входящего в его состав осциллогра­ фа нижний предел — постоянный ток. Верхний предел рабочих частот опреде­ ляется максимальной частотой дискре­ тизации кодека CS4232 и достигает 20 кГц. Номинальное входное и выход ное напряжение, соответствующее полной шкале АЦП и ЦАП, составляет ±1,4 В [ 2 4 ] . Наибольшее допустимое входное напряжение для описанного ус­ тройства определяется параметрами используемых операционных усилите­ лей и в любом случае не должно превы­ шать по абсолютному значению их на­ пряжения питания

Остаточное смещение нуля ЦАП и АЦП после компенсации разработан­ ным устройством определяется их внут­ ренними погрешностями и обычно не превышает 0,05 % полной шкалы пре­ образователей. Окончательная компен­ сация остаточного смещения нуля АЦП осуществляется программными сред­ ствами анализатора спектра.

Сквозной динамический диапазон всего устройства, измеренный при со­ единении выхода с входом, в случае ис­ пользования в узле смещения нулевого уровня импортных малошумящих опе­ рационных усилителей AD743 или AD745 достигает 78...80 дБ

В заключение следует предупредить читателей, что любая переделка ком ­ пьютерной звуковой платы связана

с определенным риском ее поврежде­ ния. Автор не несет никакой ответствен­ ности ни за какие отрицательные по­ следствия (и положительные тоже), произошедшие в результате примене­ ния описанного в статье устройства.

Практические факторы, влияющие на точность измерений

Компьютерные измерительные при­ боры, описанные выше, обеспечивают точность, ограниченную лишь качест­ вом применяемых ЦАП и АЦП. При ис­ пользовании в качестве ЦАП и АЦП зву­ ковой карты могут иметь место самые различные и непредсказуемые факто­ ры, влияющие на точность преобразо­ вания сигнала из аналоговой формы в цифровую и обратно, а следователь­ но, влияющие и на результирующую точность измерений. Перечислим неко­ торые из таких случаев и возможные способы решения проблем.

1. Влияние различных программ на настройки звуковой карты и входного

ивыходного микшеров. Большей частью это относится к проигрывателям (аудио

ивидео) и играм. Чтобы побороть это неудобство, следует производить наст­ ройку микшера и его калибровку перед каждым ответственным измерением.

2.Неотключаемая передискретиза­ ция (resampling) в звуковой карте обыч­ но — 44100 Гц -> 48000 Гц при записи (вводе) и 48000 Гц -> 44100 Гц — при воспроизведении (выводе). Здесь единственное решение заключается только в использовании "основной" час­ тоты дискретизации (обычно 48 кГц).

3.Подмешивание посторонних зву­ ков к выходному сигналу. Например, зву­ ковые "спецэффекты" Windows. Мало то­ го что эти посторонние звуки подмеши­ ваются туда, куда не надо, программный микшер kmixer.sys, осуществляющий эту операцию, по-видимому, приводит раз­ рядность результирующего сигнала к на­ иболее худшему из суммируемых звуков. Для звуковых "спецэффектов" системы Windows это, скорее всего, будет 8 бит. Для того чтобы исключить посторонние сигналы, необходимо выключить звуки Windows, используя панель управления.

4. "Вредное" действие спецэффек­ тов, реализованных на звуковой карте, (регуляторы тембра, реверберация и др.). Всевозможные "тонкие" настройки драйверов и микшеров звуковых карт. Например, в звуковой карте "Audigy 2 ZS" для расширения диапазона воспро­ изводимых частот выше 22 кГц (при час­ тоте дискретизации 96 кГц) в "Surround Mixer" должны быть запрещены следую­ щие опции: CMSS, ЕАХ, Speaker Calibration, Bass Redirection, обычно включенные по умолчанию.

5. Ограничение разрядности и/или частоты дискретизации при работе с различными типами драйверов (WDM, ASIO). Эти ограничения носят стопро­ центный коммерческий и юридический характер, а вовсе не технический, но все равно могут очень сильно ограничи­ вать возможности компьютерных изме­ рительных приборов.

Следует учитывать, что многие зву­ ковые карты не позволяют устанавли­ вать различные частоты дискретизации

одновременно и для входной и для вы­ ходной частей (для АЦП и ЦАП). Попыт­ ка сделать это приведет, в лучшем слу­ чае, к сообщению об ошибке, но воз­ можно и катастрофическое искажение результатов измерений. Например, ре­ альная частота выходного сигнала зву­ кового генератора в таком случае может не соответствовать заданной. Здесь по­ могут только внимание оператора и контрольные измерения. Более надеж­ ное решение этой проблемы — исполь­ зование одинаковых частот дискретиза­ ции для генератора и комбинированно­ го анализатора спектра. Для этого в анализаторе спектра есть специальный пункт меню Synchronize Sample Format, включенный по умолчанию.

Иногда драйверы звуковых карт вы­ дают ложную информацию о возможно­ сти поддержки того или иного режима. Чаще всего это касается максимально допустимых частот дискретизации . В данном случае попытка запуска описан­ ных программ на высокой частоте дис­ кретизации обычно приводит к сообще­ нию об ошибке типа "указанный формат не поддерживается". Эта проблема свя­ зана с несовершенством драйверов и/или операционной системы . Хуже всего, если сообщение об ошибке не появляется. Тогда фактическая частота дискретизации будет отличаться от формально заданной в настройках про­ грамм. В таком случае, как и в описан­ ном в предыдущем абзаце, возможны грубые искажения результатов измере­ ний. Для полного разрешения данной ситуации опять-таки необходимы пред­ варительные контрольные измерения.

6. Электрические помехи со сторо­ ны различных компонент компьютера: процессора, видеокарты, блока пита­ ния. Влияние этих помех может изме­ няться от степени загрузки указанных компонентов. Здесь решением пробле­ мы могут быть замена блока питания на другой, более качественный, и, возмож­ но, экранировка звуковой карты.

Неустойчивое отображение спектра

инестабильные показания мультиметра могут быть связаны, прежде всего, с не­ стационарным входным сигналом, а то

ипросто с плохим контактом во вход­ ном разъеме. Другие причины, скорее всего, обусловлены аппаратными осо­ бенностями конкретного компьютера: недостаточное быстродействие в целом и/или недостаточный объем оператив­ ной памяти, использование медленных и/или интегрированных видео и звуко­ вых подсистем. Следует закрыть другие параллельно работающие программы, иногда это значительно улучшает про­ изводительность спектроанализатора.

Подобных примеров, относящихся к самым различным компьютерным компонентам, можно довольно много найти в Интернете.

ЛИТЕРАТУРА

24. CS4232, Games Compatible Plug-and-Play Audio System, Crystal Semiconductor Corporation,

1996. — <http://www.alsa-project.org/alsa/ ftp datasheets/cirrus/4232.pdf>.

(Окончание следует)

Редактор — А. Соколов, графика — автора

МОДУЛЬНАЯ РЕКЛАМА

Условия см в "Радио", 2007,№ 2, с.11

Авторизованный сервисный центр по ремонту сотовых телефонов приглашает на работу инженеров. Возможно обучение.

Оплата сдельно-премиальная. Контактное лицо: Князев Геннадий,

тел. 8(903) 252-32-04.

** *

ТОВАРЫ - ПОЧТОЙ!

Высылаем наложенным платежом по всей России. Лучший выбор книг, альбомов, радиодеталей, радиона­ боров...

107113, г. Москва, а/я 10 "Посылторг". Тел. (495) 304-72-31.

Каталог всех товаров на CD высы­ лается в Вашем конверте с марками на 25 рублей!

Для получения каталога радиотова­ ров в бумажном исполнении пришлите марки почты России на 15 рублей.

Интернет-магазин: WWW.DESSY.RU e-mail: post@dessy.ru

** *

РАДИОДЕТАЛИ Д Л Я ВАС!

Торгово-промышленный холдинг «Новэл» осуществляет поставку радиокомпонентов отечественных и зарубежных производителей всем юридическим и физическим лицам в любую точку России и СНГ.

У нас вы встретите внимательное

идоброжелательное отношение. Самые редкие компоненты —

тоже у нас.

Добро пожаловать! Будем вам очень рады.

www.nowel.ru.

Тел.: 223-70-98; 589-68-16.

** *

Все для ремонтников радио­ аппаратуры! Микросхемы, транзис­ торы, конденсаторы, резисторы. Ра­ диодетали и запчасти. Почтовая до­ ставка. Для каталога — конверт.

107031, г. Москва, аб. ящ. 48.

www.S-10mitino.narod.ru

** *

Печатные платы на заказ! Разработка и изготовление по

схемам заказчика.

242600, Брянская обл., г. Дятьково, ул. Южная, д. 69.

Тел.89155383045

E-mail: wiw@online.debryansk.ru

** *

Р/детали отеч. и имп. 9000 типов, книги, компьютеры, ПО.

Ваш конверт. 190013, С.-Петер­ бург, а/я 93, Киселевой.

** *

Высылаем почтой радиолюби­ тельские наборы, радиодетали. Ка­ талог бесплатный. Конверт с обрат­ ным адресом обязателен.

E-mail: ppelecom@udm.ru.

426034, Ижевск, а/я 3503.

частота тактирования видеопамяти

уGeForce немного выше (399 МГц), чем

уконкурирующей (391,5 МГц).

Оставалось только выяснить, какими скрытыми возможностями обладают сравниваемые видеокарты. Их "разгон" был произведен с помощью утилиты RivaTuner v2.0 RC 16. Результаты испы­ таний до (в числителе) и после (в зна­ менателе) "разгона" приведены в таб­ лице. И опять сравнение не в пользу GeForce, которая, как выяснилось, и ра­ нее работала почти на пределе своих возможностей. А вот производитель­ ность видеокарты Radeon 9600 удалось увеличить на 18 %, что вплотную при­ близило ее к видеокарте Radeon Х550, работающей на более быстрой шине PCI Express. Подробные результаты тес­ тирования "разогнанной" видеокарты Radeon 9600 показаны на рис. 1.

Чтобы видеокарта при включении компьютера сразу начинала работать в форсированном режиме, необходимо внести изменения в ее BIOS. Хотя при этом есть определенная вероятность безвозвратно вывести видеокарту из строя, рискнуть, по моему мнению, всетаки стоит.

Потребуются две программы: редак­ тор BIOS и программатор. Первый не­ обходим для редактирования образа BIOS, второй — для сохранения изме­ ненного образа в файле и перепро­ граммирования в соответствии с ним РПЗУ видеокарты, хранящего коды BIOS. Для видеокарт Radeon можно ис­

Flash v3.15 или их более позд­ ние версии . Обе программы имеются в свободном доступе в разделе "Downloads" на сай­ те <www. radeon2 . ru > . Необ­ ходимо учитывать, что про ­ грамматор ATI Flash работает только в среде DOS, а редак­ тор RaBiT — в Windows.

Нужна еще чистая, желатель­ но новая дискета, которую сле­ дует сделать загрузочной (Мой компьютер->Диск 3,5 (А)->Фор- матировать->Создание загру­ зочного диска MS-DOS). На нее же необходимо скопировать программатор ATI Rash, преду­ смотрев для него отдельную ди­ ректорию, например, ATI.

Прежде чем приступать к "перепрошивке", рекомендует­ ся проверить п р о г р а м м о й RivaTuner работоспособность видеокарты при тех значениях тактовых частот, которые пред­ полагается з а п р о г р а м м и р о ­ вать, и убедиться в отсутствии зависаний, артефактов и про­ чих дефектов с помощью про­ граммы 3DMark03. Разумеет­ ся, по окончании проверки ви­ деокарту следует вернуть в ис­ ходное состояние. Не лишним будет обеспечить бесперебой­

ное питание компьютера.

Загрузив компьютер с дискеты, пе­ рейдите в директорию ATI и введите ко­ манду

a t i f l a s h - i .