Linn Selekt DSM – Streamer modulare

Approfondimento Organik DAC

Cerchiamo di comprendere come l’architettura dell’Organik DAC si distingua dai convertitori integrati attuali, i chip ad esempio prodotti da AKM o ESS Technology, ed eventualmente anche dai DAC discreti R-2R. I primi sono convertitori over-sampling, che in un primo passaggio incrementano la frequenza di campionamento del segnale originale sfruttando dei filtri di interpolazione di diverso tipo  (FIR o IIR, fase minima, fase lineare, corti o lunghi ecc.) che in alcune implementazioni possono essere scelti dall’utente. In un passaggio successivo riducono poi il numero di bit dei campioni attraverso modulatori Sigma-Delta, filtrando il conseguente rumore di quantizzazione fuori dalla banda udibile (noise shaping). Le operazioni sopra descritte riducono dunque la quantizzazione (solitamente a 5 o 7 bit) e innalzano la frequenza di campionamento, anche fino a decine di megahertz. Ovviamente non ci sono perdite di informazioni perché si sfrutta la teoria del campionamento che permette questo tipo di operazioni. Lo scopo finale è ottimizzare la conversione, semplificando i circuiti di conversione rispetto ad uno stadio D/A a 24 bit ad esempio. Con meno bit da gestire infatti si minimizzano gli errori (meno bit = meno switch= meno possibilità di errore) mentre l’aumento della Fs permette di allontanare gli artefatti digitali dalla banda udibile in modo da sfruttare filtri analogici di ricostruzione a bassa pendenza, che meno influenzano la fase del segnale in uscita. 

L’architettura adottata da Linn (Figura 1) opera allo stesso modo l’up-sampling ma si differenzia perché dopo lo stadio SDM (Sigma Delta Modulator) introduce un ulteriore modulazione per ottenere un flusso PWM (Pulse Width Modulation). In pratica uno stream il cui duty cycle (il tempo di durata della logica alta o bassa, bit 1 o 0) è proporzionale al segnale analogico, il concetto impiegato ad esempio negli amplificatori in classe D. Questo permette di impiegare uno stadio di conversione ancora più semplice e di conseguenza preciso, idealmente con due singoli DAC/switch paralleli, uno per ramo positivo e uno per quello negativo, nel caso di un segnale differenziale. Basta poi togliere la portante ad alta frequenza, con un filtro blando, e la conversione è fatta. Utilizzando un circuito DAC con architettura a singolo switched-capacitor comporterebbe elevati valori di RC e una elevata sensibilità ad eventuali errori di clock (conseguente jitter). Per ovviare a questo problema Linn ha impiegato più circuiti DAC con uscita in corrente, posti in parallelo a formare una sequenza di filtri con ritardo unitario tra ogni elemento (Figura 2).

Questa architettura è nota in elettronica come filtro AFIR , Analog Finite Impulse Resposnse. Tale filtro è modellato per contrastare la forma del rumore, ottenuto dopo la modulazione SDM, contenuto intrinsecamente fuori banda nel flusso digitale. Il circuito Organik è stato sviluppato a componenti discreti ( a parte l’inevitabile sezione di signal processing svolta da un FPGA ) ma per quanto appena descritto evidentemente è differente dai DAC discreti ad architetture R2-R che impiegano logiche ad alto numero di bit, più complesse. Secondo Linn l’insieme rende il sistema immune a molti dei problemi che affliggono questi progetti discretizzati, dove piccoli errori nei tempi di commutazione o nei valori delle resistenze possono generare distorsione. Il sistema Sigma-Delta/PWM/AFIR è stato recentemente implementato anche dalla nuova generazione di chip Cirrus Logic (CS440XS/P).