作者aztec1234 (調適生活)
看板Headphone
標題Re: [討論] USB DAC的架構
時間Sat Jun 6 16:04:24 2009
看到K兄的推文再來分享一下好了
小弟以前碩士論文作PLL的，CDR算是PLL的一種應用
CDR的全名叫Clock/Data Recovery，這是一種通稱，
根據不同的系統，它的電路會有很多差異
USB制定的三種Clock Synchronize模式就是在針對isochronous mode，
做Clock/Data Recovery的方式
對於Synchronous Mode來說，因為是根據Frame Clock，
所以對於48 kHz取樣頻率很容易做(因為是Frame Clock的整數倍)
但是44.1 kHz就比較不容易做出來
(大約要先送出5次44 kHz再送1次45 kHz，平均起來才會是44.1 kHz)
這種機制因而漸漸沒有產品使用，只出現在早期的產品
而對於Adaptive或Asynchronous Mode來說，因為是根據接收到的資料做調整，
所以取樣頻率為多少對這兩種模式來說就較沒影響
這樣的Clock/Data Recovery只存在於USB isochronous mode上，
實際上USB本身也有存在另一種CDR，不過不是用在Audio上
是在Hub裡，
有點類似電腦網路的作法，利用Elasticity buffer (彈性緩衝器)
來達到接收端不會受到Jitter的影響導致Buffer Overflow/Underflow
而這個Elasticity Buffer的大小必須根據Jitter來決定，
USB的Clock Jitter容忍範圍約為+/- 500 ppm (一般很少用"秒"，都是用ppm)
這樣代表的是誤差的容許範圍在+/- 12-Bit，
所以USB的Elasticity Buffer必需要有24-Bit的大小
方法簡述如下：
1. 先把24-Bit的Elasticity Buffer填滿一半
2. 傳送開始的同時，也會一個Bit一個Bit去填Elasticity Buffer
3. 如果接收端的Clock比傳送端快，那麼填Elasticity buffer的速度會快於資料進來，
如果接收端的Clock比傳送端慢，那麼填Elasticity buffer的速度會慢於資料進來
4. 當發生上述的第一種情形時，比較不會有太大的問題，頂多就是資料比較晚收到，
若是第二種情形，由於一開始Elasticity Buffer已經填了一半，所以資料依舊在，
只要在12個Bit Cycle裡取樣到就不會Loss
這是USB Hub的Data Recovery作法，
不過大家應該有發現到一件事，它需要時間
所以在同步傳輸裡用這個根本是找死XD
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 61.57.217.117
2F：推 pipi5867:這樣看起來..不管哪種clock sync,以發燒角度來看 06/06 16:23
3F：→ pipi5867:似乎都滿不理想的,變成那顆usb接收晶片很重要 06/06 16:24
4F：→ aztec1234:其實像SPDIF的clock-sync方式也有它的問題點 06/06 16:46
5F：→ aztec1234:沒有一種是像發燒友所希望的，所以不需太在意這件事 06/06 16:47
6F：→ aztec1234:太過在意到最後就很像是在聽器材而非聽音樂 06/06 16:48
7F：推 louis0407:其實單純就usb傳輸 我比較在意的是線路雜訊亂竄的問題 06/06 17:25
8F：→ louis0407:jitter部分在usb/1394已經沒有在spd/if時那麼決定性了 06/06 17:29
9F：→ louis0407:稍微認真做的usb音訊裝置都不會從接收晶片那邊拉時脈吧 06/06 17:30
10F：→ louis0407:所以usb輸出的jitter的影響是比較閒接的 06/06 17:31
11F：→ louis0407:不過如果真的要從架構上改良 I2S+大buffer應該很徹底了 06/06 17:32
12F：→ aztec1234:Yes, 如果還從USB拉時脈，只是自己增加更多問題而已 06/06 17:32
13F：→ louis0407:只是這樣會變成要處理buffer ram跟clock的同步問題 06/06 17:33
14F：→ louis0407:我是覺得jitter這東西是非得處理不可的 目前的calculato 06/06 17:33
15F：→ louis0407:是建構在2bit上....扯太遠 總之音訊要在電腦上處理就 06/06 17:36
16F：→ louis0407:得過數位化-sampling 而為了要把這些數位化後的資訊還原 06/06 17:37
17F：→ louis0407:又一定需要Time info 所以處理到最後還是非得面對 06/06 17:38
18F：→ louis0407:因此針對數位系統 與其考慮如何避開jitter 不如考慮 06/06 17:39
19F：→ aztec1234:其實也不是只有像2-bit Gray Code那樣，在LVDS上有用到 06/06 17:39
20F：→ aztec1234:8b/10b encoding，不過那是屬於Video的應用 06/06 17:39
21F：→ louis0407:把jitter問題放到哪個process會比較好處理 06/06 17:40
22F：→ aztec1234:也許是自己是做IC的，在看過或做過這些ADC或DAC後 06/06 17:41
23F：→ louis0407:其實有一個問題很有趣 數位本質就是離散 而現實世界存在 06/06 17:41
24F：→ aztec1234:了解了ADC/DAC本身就有的缺陷，所以會認為再多的處理 06/06 17:41
25F：→ aztec1234:也沒辦法完全瀰補ADC/DAC的天生缺點 06/06 17:42
26F：→ louis0407:的卻是連續(不考慮量子等級的微觀啦...那樣看的話 世界 06/06 17:42
27F：→ louis0407:確實也是離散的) 但我們卻用離散方式去模擬連續 再用 06/06 17:43
28F：→ aztec1234:Yes, 所以discrete-to-continous或是反過來，都一定會有 06/06 17:43
29F：→ aztec1234:Quantization Error/Noise存在...這個是怎樣也避不掉的 06/06 17:43
30F：→ louis0407:連續性質的元件模擬離散性質的電路來演算這些真正純離散 06/06 17:44
31F：→ louis0407:的演算法 這樣去看就會發現有問題存在是很正常的 06/06 17:44
32F：→ aztec1234:這也沒辦法，世界上沒有真正ideal的Switch存在 06/06 17:45
33F：推 pipi5867:不過玩音響,不就是盡量追求極限嗎..XD 06/06 17:46
34F：→ aztec1234:這也造成了數位電路的極限 06/06 17:46
35F：→ louis0407:所以4bit 8bit 16bit的演算法即使有辦法在電路上實做 06/06 17:46
36F：→ aztec1234:要真正的極限大概是弄個真空音響室...保證跟理論相同XD 06/06 17:46
37F：→ louis0407:也就是能在開/關以外找出其他更穩定的狀態 確實可以提高 06/06 17:46
38F：→ louis0407:演算效率 但是離散與連續本質的矛盾始終存在....除非 06/06 17:47
39F：→ pipi5867:還是要"人"來聽啦 這本來就玩給自己爽的=w= 06/06 17:47
40F：→ aztec1234:這個就會牽涉到半導體製程啦...開/關確實是半導體中 06/06 17:48
41F：→ louis0407:量子等級精確度的數位化真的能夠實現.......真的這樣的 06/06 17:48
42F：→ aztec1234:最穩定的state，這也是二進位為何延用至今 06/06 17:48
43F：→ louis0407:話....理論上可以用演算法重現完整的世界...理論上 06/06 17:49
44F：→ louis0407:是啊 多bit計算系統喊很久了 生化/量子/光都有理論 06/06 17:50
45F：→ louis0407:跟實做(實驗性的做) 但是最後穩定實用的還是on/off 06/06 17:50
46F：→ pipi5867:那些都還很遠啦 幾十年後再說的東西了 06/06 17:50
47F：→ louis0407:幾十年不夠吧 別的不說 只要能在on/off以外多找一個狀態 06/06 17:52
48F：→ louis0407:計算效率直接平方... 06/06 17:52
49F：→ aztec1234:真的做出來，唯一篤定的是MOS就沒有用處了XD 06/06 17:53
50F：推 louis0407:讓他也具有多bit性質就ok了吧...我覺得數位電路的基礎理 06/06 17:55
51F：→ louis0407:論不會變動太多...但是元件/製程會徹底革新 06/06 17:56
52F：→ louis0407:...........徹底離題了 06/06 17:56
53F：→ aztec1234:No，MOS還有多Bit性質就不是MOS了 06/07 09:53
54F：→ aztec1234:另外，數位電路的理論絕對不是小改，而是大翻新 06/07 09:53
55F：→ aztec1234:因為數位電路全部都是基於二進位去實現的 06/07 09:53
56F：→ aztec1234:離題過遠...再講下去我看我會講MOS的電氣特性XD 06/07 09:54
57F：推 louis0407:我講的是更基礎的理論 2bit-xbit在演算法上的轉換 06/07 10:44
58F：→ louis0407:早就有理論了吧 那些量子/生化/光電腦都是多bit架構的 06/07 10:45
59F：→ louis0407:實踐/挑戰者 基礎理論是沒有問題的....硬體實做就..... 06/07 10:46
60F：→ louis0407:而且我猜初期還是會有類似MOS功能的新元件去取代MOS 06/07 10:48
61F：→ louis0407:只是他一定得具有多bit的性質......純嘴砲XD 06/07 10:48
62F：→ aztec1234:但是研究者獨缺做EE的人...因為做電路跟理論是兩回事 06/07 11:11
63F：→ aztec1234:對我們EE的人來說，理論就類似電子電路方面的內容 06/07 11:13
64F：→ aztec1234:一旦理論無法拓展到電路層面，演算法就沒有意義... 06/07 11:14
65F：→ aztec1234:可以說是EE的人太笨，也可以說是EE的人太現實 06/07 11:15
66F：→ aztec1234:另外我說的電路理論大改指的是"電路設計"的方式 06/07 11:15
67F：→ aztec1234:而非演算法的實現... 06/07 11:16
68F：推 louis0407:同意 現在就是這麼回事 純數位的理論可以無限衍生 06/07 17:31
69F：→ louis0407:但是最後還是要落實到電路...或是說元件 06/07 17:31