Quoi de neuf sur la nouvelle gamme ESS ?
En préambule, quelques remarques:
- les informations que je distille plus loin n'engagent que moi. Elles sont le fruit de ma lecture et interprétation des datasheet ESS et d'un certains nombre d'extrapolations.
- principalement par manque de temps, je n'ai pas croisé mes infos avec d'autres sûrement disponibles sur diyaudio par exemple, renforçant d'autant plus le point précédent.
- je me concentre ici sur le ES9038, sachant que le ES9028 et ES9038 sont quasi identiques, à certaines fonctionnalités près activées et semblent partager exactement la même base.
- pas la peine de me demander une copie des datasheet (NDA). Les infos données ici ne sont normalement pas en violation de celui ci (j'espère...)
Partie I:
Commençons par la partie visible:
On est toujours sur un boîtier TQFP64 et on est en théorie compatible broche à broche avec un ES9018. En théorie, car sous le capot il y a beaucoup, beaucoup de changement.
Le premier qui nous occupe est la consommation électrique qui globalement quadruple. Pour cette raison, on se retrouve avec une semelle métallique à relier à la masse numérique.
Première conséquence : Exit les designs double face, 4 couche minimum obligatoire. Fait avec beaucoup de soin et en suivant l'implémentation de référence ESS, le double face bien qu'acrobatique était encore possible avec le ES9018 si on se limitait à du stéréo.
En se limitant à du 40Mhz, sur du 48khz, on passe de 25 à 120mA. En extrapolant la consommation à 100Mhz, on doit passer d'un peu moins d'une soixantaine de mA à pas loins de 200mA ! On comprend mieux la présence de la semelle.
La deuxième conséquence est la nécessité d'utiliser un circuit spécialisé dédié pour la génération du AVCC.
L'utilisation d'un simple 797 pour générer le AVCC n'est plus possible, même en séparant AVCC_L et AVCC_R.
Le ES9311 (2x200Ma) est tout indiqué ou deux LT3042. Une alim shunt discrète comme celle que j'ai sur le UD et doublé deviens une vrai centrale nucléaire à ces courant, sachant que ESS recommande fortement de séparer les deux rails AVCC_L et AVCC_R pour tenir les perfs annoncées (crosstalk).
Je ferrai quand même un test pour voir si je tiens les 240Ma avec mon petit transfo, mais pas question de passer de 2 à 4 alim shunt par carte sur le UD (deux ESS par carte).
Quoi de neuf sur l'étage de conversion final:
- on passe de deux à quatre modulateurs par voie. Je suppose également que l'on passe de modulateurs 6 bits à des modulateurs 7 bits ce qui serait cohérent avec la multiplication par 4 de la consommation de l'étage analogique. Pour mémoire, le 9018 avait un total de 1024 mosfet dans son étage analogique (64*2*8) le 9038 en aurait donc 4096 (128*4*8).
- l’algorithme de barillet rotatif de pilotage des mosfet présentait un défaut sur un cas limite dans le 9018, il a été corrigé.
- Ce même algo de barillet rotatif fait maintenant intervenir du noise shaping
- On est sur une nouvelle génération améliorée de modulateur.
Pas mal de paramètres concernant les modulateurs sont accessibles, de quoi donner à moudre à aux malades du traitement du signal
Tout est également commutable en mode ES9018 d'origine.Bien sur par défaut, la conf est celle considéré comme optimale par ESS.
Deux sous systèmes viennent s'ajouter à cet étage modulation/analogique :
- compensation de THD sur les harmoniques de deuxième et troisième ordre.
- calibration de gain Full scale automatique.
Le premier sous système vise à compenser la non linéarités des résistances de sortie des DAC qui introduisent de la distorsion par modulation d'amplitude du courant de sortie et par modulation de gain de l'étage de sortie lors de la variation d'impédance provoqué par le signal audio.
Les causes de ces non linéarités sont principalement dû au coefficient de température positif des résistances et de la dissipation qui augmente avec le courant.
Comment cela fonctionne ?
Ils ont modélisés les non linéarités des res en question et intégré ce modèle dans le chip. Deux coefficients permettent d'agir sur la compensation résultante corrigeant respectivement les distorsions de second et troisième ordre.
Le réglage se faisant in-situ sur le PCB final, cela permet de compenser également dans une moindre mesure de la THD du au design du PCB.
Le deuxième sous système vise à calibrer globalement le fullscale du chip. L’intérêt est double :
- avoir une calibration parfaite dans un système multi-convertisseur (environnement pro par exemple) : pas de déséquilibre relatif d'un chip/équipement à l'autre à cause des dispersions de fabrication.
- réaliser une compensation permanente de cette calibration pour palier aux variations environnementales en fonctionnement.
En sortie d'usine, les chips ne sont pas tous les mêmes : il existe une dispersion d'un batch à l'autre, comme pour tous les transistors, jfet et autre que l'on (DIYers) s'amuse à trier à la main.
Ce système permet de mettre tous les chips d'accords.
De plus, comme nous l'avons vu pour la THD, les res on coef de variation de valeur en température. Les non linéarités en fonctionnement dynamique sont corrigées par le système précédent, mais à une constante près. Avec les variations de températures du chip dù à son environnement de fonctionnement et à sa sollicitations, on va avoir une variation long terme (lente) du niveau full scale. Si la compensation du full scale peu se faire non pas en one-shot mais à intervalle régulier, on peu maintenir la valeur de full scale calibré en permanence quelles que soit les conditions de
fonctionnement.
Comment celà fonctionne ?
Le principe de compensation est simple : agir sur le master-trim fait pour ça et déjà présent sur le ES9018.
Ce qui est nouveau, c'est que le ES9838 intègre deux ADC et deux filtres numériques passe bas et un système d'auto calibration.
Une résistance externe de précision à très faible ppm/C est reliée à un des ADC, et le système de calibration est activé (one shot, à intervalle régulier ou en permanence) en lui spécifiant l'ADC à utiliser. Le master-trim va automatiquement être ajusté pour calibrer et/ou maintenir la calibration du fullscale quelle que soit la température de fonctionnement du bazar.
A noter enfin un mécanisme de soft-start permet de contrôler la mise en route/arrêt de l'étage de sortie et son comportement en cas de perte de signal d'entrée.
La suite plus tard.
