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Nouvelle gamme ESS Sabre Pro

Message » 09 Nov 2016 18:33


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.
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Message par Google » 09 Nov 2016 18:33

 
 
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Message » 09 Nov 2016 18:34

Partie II:

Évolutions DSP:
Pas de révolution de ce coté. Tout reste identique au niveau:
- oversampling ou oversampling bypass
- softmute/automute
- controle de volume
- de-emphasis
- Filtre IIR (4 fréquence de coupure @-3db)

Concernant le FIR, on est toujours sur un FIR à deux étages
128 taps (64 coefs symétriques) pour le premier étage et 27 ou 28 taps pour le deuxième étage (14 coef en sinus ou cosinus).
Deux choses changent:
- on passe de deux à 7 filtres "préchargés d'usine" et sélectionnables sans passer par le chergement d'un filtre personnalisé.
A ceux proches de l'origine : Slow Roll-Off/Minimum Phase et Fast Roll-Off/Linear Phase
s'ajoutent : Slow Roll-Off/Linear Phase, Apodizing/Fast Roll-Off/Linear Phase, Fast Roll-Off/Minimum Phase, Hybrid/Fast Roll-Off/Minimum Phase et Brickwall.
- en mode mono ou stéréo, plutôt que d'avoir 4 ou 8 blocs DSP avec le même filtre, on peu réaffecter les ressources DSP pour passer sur un premier étage de 256 taps au lieux de 128. Nécessite de programmer manuellement son filtre FIR.

Dans les petites évolutions qui concernent plus le pilotage du chip que le traitement du volume à proprement dit, le contrôle du volume des 8 voies peut être latché afin de réellement piloter les 8 voies en même temps de manière parfaitement synchronisé, ou on peut également forcer les 8 voies à utiliser le coefficient de volume de la voie 1.

Évolution clocking:
Bien entendu le mode full asynchrone qui fait la spécificité des Sabres ESS est toujours bien présent et reste le mode de fonctionnement par défaut. Apparaissent néanmoins quelques petites et grosses évolutions:
Les petites:
- la DPLL et le système d'élimination de jitter sont désactivables
- la bande passante de la DPPL est configurable indépendamment pour le DSD et le PCM/spdif
- un vrai mode synchrone expicite 128fs fait son apparition
- la masterclock peut dynamiquement être divisé par 1/2/4 ou 8 pour réduire la consommation.
- si un crystal est utilisé, le courant polarisation est configurable
Les grosses:
- Un mode MASTER synchrone fait son apparition avec génération de la fs et dataclock
- Un NCO est activable pour générer une dataclock de fréquence arbitraire et non un sous multiple de la master clock (4 8 16 ou 32).

Partie III:

Evolutions entrées / receivers:
On garde bien entendu toutes les fonctions série pcm, spdif et DSD des précédentes génération.
Le DoP (DSD over PCM) fait son apparition pour le DSD64 et DSD128. Pour le DSD256 le DoP est supporté mais uniquement en mode synchrone et avec une MCLK de 90.3168MHz (on est trop près du max de 100Mhz pour être en asynchrone).

Coté récepteur SPDIF, on peu maintenant contrôler le comportement en cas de présence du flag data ou du flag valid.
13 pin différentes peuvent être utilisées pour entrer du SPDIF grâce aux 4 GPIO.
La sélection du type de source peut être automatique, manuel ou sélectionné avec les GPIO.

Une grosse évolution viens de la possibilité de mapper les 8 DAC/sorties (2 en mode stéréo) sur n'importe laquelle des 8 voies d'entré. On se retrouve donc avec une vrai matrice de sélection en remplacement de l'ancien système de mapping qui nécessitait à la fois un paramétrage soft et un câblage particulier pour avoir accès à la même configuration.
Seule déception, le mécanisme de configuration de la polarité des DAC était étroitement imbriqué avec cet ancien mécanisme de combinaison des voies et il semblerai qu'il y ait eu un ratage lors du report de celui ci sur le nouveau modèle le rendant inutilisable.
Le fix évoqué pour une future révision du silicium était ça suppression pure et simple. J'espère qu'ils changerons/ont changé d'avis ...

Les GPIO:
Quatre GPIO font leur apparitions. Elles remplacent entre autre la sortie "lock".
Leur utilisation et fonctions sont extrêmement variées et souples.
D'entrées ou sortie numériques simples, elles peuvent servir aussi bien d'entrées SPDIF, être reliées à un convertisseur AN (autocalibration) ou servir à de la signalisation diverse dont on peu choisir la polarité de sortie.
Mieux qu'un discours:
O : Automute status
O : lock Status
O : Volume min
O : Clk
O : Automute/Lock Interrupt
O : ADC_CLK
O : Soft Start Complete
O : 0 ou 1 via registre
I : SPDIF ou entrée 0/1 via registre
I : Input type select
I : Mute All
I : ADC Input


Conclusion!(?):
Sans être une révolution, cette nouvelle gamme est réellement une évolution à tous les étages.
Déjà bien fourni coté interface I2C, d'énormes efforts ont été fait pour le rendre réellement souple à utiliser coté µP de pilotage.
Coté intégration, même chose : GPIO,horloge,mapping des voies, calibration, tout est fait pour simplifier son intégration et élargir son domaine d'application avec un gros appel du pied au monde pro.
Sur les fondamentaux, on est dans la continuité sans rupture : évolution des étages de sorties, des modulateurs, ajout de la compensation de THD, amélioration du mode asynchrone (en plus d'être débrayable).

Le seul regret est le délire un peu poussé du 9038 (4 étages DAC de 9028) qui rend le truc complètement monstrueux à utiliser.
D'un autre coté, en perf brutes, la barre est placé et représente de toute manière une limite au delà de laquelle il est complètement absurde physiquement d'essayer d'aller, mais au moins on sait qui est le patron...
J’aurai préféré qu'ils n'introduisent pas ou au moins corrigent le bug de la gestion de la phase.

La suite ? (7~8ans si on garde le même calendrier) dans l'ordre de "mes" préférences:
- une nouvelle version du ES9311 directement intégré dans le même boîtier -> donc un nouveau format de boîtier très "spécifique"
- continuer le travail de fond sur l'étage DAC et analogique.
- entrée master clock différentielle (quitte a virer toute la machinerie XI/XO)
Dernière édition par Tazz28 le 26 Déc 2016 16:31, édité 5 fois.
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Message » 09 Nov 2016 18:34

Remarques diverses:
- Les sabres ont une disparité chip-to-chip de +/-15% sur l'impédance de sortie. C'est une des raisons qui les rends rédhibitoire en utilisation Pro. Il faut soit les calibrer manuellement (master-trim) soit au niveau de l'étage I/V
La série pro règle le problème avec un niveau de sortie normalisé chip-to-chip grâce à la calibration automatique. Les détracteurs de la solution avancent le fait de la perte de dynamique dû a la réserve de dynamique à appliquer sur le master-trim. Les mêmes avancent le fait que changer le gain de l'étage I/V va mettre le binz sur la phase entre deux chips.
Pour ma part je pense qu'il faut remettre les choses dans leur contexte: on est sur un chip à 140db de dynamique en full mono ! (c'est 4 ESS9018/28 stackés sur l'étage analogique final) fait intelligemment dans la chaîne de traitement DSP, c'est pas le pouillème de dB que l'on va perdre à cause du master trim qui va changer fondamentalement la donne (et y a pas que la dynamique en métrique importante dans la vie ...). Et au moins on garde un étage analogique strictement identique chip-to-chip avec une calibration purement "soft".
Il a été constaté des écarts max allant jusqu'à 20%. Je met ça sur le compte d'un accident et sur des batch de chips totalement différents.

- Pour la grande majorité des réa à base de 9018 stéréo et à fortiori mono, seule une mise à jour en 9028 est envisageable sans revoir l'ensemble de l'étage IV. En effet l'impédance nominale (+/- 15%) passe de 781ohm pour le 9018 à 806ohm pour le 9028 et 202ohm pour le 9038.
Ramené à du stéréo, 195ohm, 201ohm et 50ohm !! Je vous laisse faire l'exercice pour du full mono...
On atteins donc les +/- 60ma en sortie du chip !! Hors de porté de la majorité des étages I/V utilisés qui sont à complètement revoir.
Mon UD, avec son I/V "bizzare" a deux étages et biaisé encaisse (donc pour ceux qui connaissent deux IVY-III modifiés pour êtres biasé permettrait de faire un full mono). Par contre exit le mono/stéréo reconfigurable en soft à la volée a moins d'ajouter un relais d'inversion sur un groupe de canaux de sortie de l'ESS (pas top) sauf si ESS corrige le bug en question (pas encore évoqué ci dessus...).

-Le DoP est bugué dans la première révision du silicone. C'est normalement réglé. Par contre je n'ai pas de statut sur le bug de la configuration de la phase des dacs.
Dernière édition par Tazz28 le 26 Déc 2016 13:45, édité 2 fois.
Tazz28
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Message » 09 Nov 2016 19:42

Vivement la suite
J-C.B
 
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Message » 10 Nov 2016 1:42

Tres intéressant. Merci :)
Alex_twn
 
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Message » 26 Déc 2016 16:33

Suite et fin.
Je peux dans la mesure du possible répondre à certaines interrogations si il y en a.
Tazz28
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Message » 03 Fév 2017 21:24

La question maintenant c'est où se fournir pour les kit DIY ? Dans le commerce traditionnel c'est toujours très limité, la puce est difficile à mettre en oeuvre ?
J'aimerai upgrader mon DAC 8ch qui est au cu d'une RME HDSPe AES :/, Forssell c'est bien mais c'est cher (enfin moins que ses concurrent mais quand même), enfin l'avantage c'est la master-clock si j'ai bien compris, une horloge pour tous.
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Message » 05 Fév 2017 23:40

La qualité des kits est très disparates pour tout ce qui est à base de 9018 et au delà. On doit trouver des trucs tout juste corrects pour le 9018km2.
Les "kits" twistedpear sont très bien mais coutent un bras. Sans compter qu'il te faut quatre cartes IV et de quoi donner du jus à tout ça.
Ces chips sont en effet délicats à mettre en œuvre pour en tirer les perfs attendues, ce qui est quelque part inévitable.
Il y a deux soucis avec les kits:
- chacun y va de sa petite bidouille ou de son originalité maison ou de son régulateur de tension maison ou intégré faible bruit ... sur les standard d'il y a 20 ans : dans 90% des cas c'est catastrophique, utiliser le design de référence et/ou respecter les préco du constructeur aurait dans tous les cas fait beaucoup mieux. C'est valable aussi pour de nombreuses réalisations commerciales.
- les kits sont souvent incomplet : il manque soit les récepteurs/entrées numériques, soit les I/V, soit les deux, sans parler du pilotage de la puce par un micro controleur. Concernant, les I/V on en voit aussi des vertes et des pas mures, qui ferons à chaque fois moins bien que le maintenant vieux design de référence.

Donc un bon kits avec rapport qualité/prix serré se doit d'utiliser le reg "fait pour" ESS, sur un circuit modeste mais en 4 couches et avec un I/V simple et efficace en AOP.
Reste qu'il te faut un 8 voies séparées et là ça intéresse pour l'instant moins de monde.

reste plus que le full maison...
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Message » 06 Fév 2017 1:06

Oui twisted pear va bien nous sortir un Buffalo IV 8ch avec le 9038 + 9311, enfin un jour peut être.

Merci pour les infos :), tu ne vas pas nous sortir un dac toi ?
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speedbad
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Message » 24 Avr 2017 14:20

Dispo chez DIYinHK pour ceux qui sont trop pressé, mais faut y mettre le prix quand même :

http://www.diyinhk.com/shop/audio-kits/ ... input.html
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Message » 24 Avr 2017 15:26

intéressant, ça bouge un peu
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Message » 25 Avr 2017 23:58

Mouais, quand on fait abstraction du plus gros défis qui est l'AVCC. La deux connecteurs et démerdez vous : c'est mort.
A ce niveau, soit on a une solution intégrée correcte pour l'AVCC soit ça sert strictement à rien...
Tazz28
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Message » 12 Aoû 2017 20:22

Assez intéressant pour 165€, et déjà monté :
https://fr.aliexpress.com/item/Assemble ... st=ae803_1

Ce serais super si on pouvais mettre un Raspberri Pi Zéro W à la place de la carte Xmos, mais je doute que Volumio et RuneAudio ne reconnaissent ce DAC.
Tonio6313
 
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Message » 12 Aoû 2017 22:50

bien verifier qu ils fournissent le chip et qu il est soudé sur la carte. J'ai fait cette mauvaise expérience avec une autre puce (ak4497)
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maxidcx
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Message » 13 Aoû 2017 8:04

A priori, la puce est bien soudé dessus, y a juste en option la carte Amanero ou X-mos (26€) ici :
https://fr.aliexpress.com/item/XMOS-XU2 ... st=ae803_1

Et bien sur, le transfo (25€) ici :
https://fr.aliexpress.com/store/product ... 101afcPJhi

Pour le DAC AK4497, tu devais sans doute parler de celui là :
https://fr.aliexpress.com/item/2016-New ... st=ae803_1

L'entrée de gamme avec la puce coute 280 à 235€ :
https://fr.aliexpress.com/item/TOP-ES90 ... st=ae803_1

Mieux vaut le ES9038 à mon avis, maintenant qu'il est dispo.
Tonio6313
 
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