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FPGA那点事之LP6的七种兵器

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发表于 2018-5-17 16:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 乐彼客服1 于 2018-5-17 18:05 编辑

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FPGA那点事之LP6七种兵器


之前两篇文章给大家介绍了FPGA的现状以及目前在HIFI播放器中的一些应用,这篇我们要谈的是LP6FPGA将会出现哪些与众不同的设计。在正文开始之前我们回答下一些读者的疑问:FPGA只是一个可现场编程的芯片,具体怎么用,用的好不好取决于开发者对应用的理解程度和软件的编写能力,并不是用上FPGA就万事大吉,这只是漫长工作的开始,FPGA芯片本身远远不如开发在其内部运行的那些大型复杂的IP复杂和昂贵。



THD+N性能翻番的秘密武器

如果让听感很好的R2R DACTHD和动态性能又翻倍那么会产生什么惊人的后果?LP6DACR2R架构芯片,由很多组电阻构成,电阻匹配精度和热噪声会对DAC性能产生严重影响,这点和Σ-Δ DAC依靠数字电路做噪声整形并进行调制推到带外的原理完全不同,和Σ-Δ DAC相比R2R DAC由于没有做Σ-Δ调制也没有做噪声整形所以听感更加自然,但噪声和谐波份量则会高出不少,造成THD+N性能难以做好。
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大家可以仔细对比下优化前后FFT扫描结果的变化

为了改善这种状况,我们对直通模式的LP6做大量FFT分析,找出谐波分布规律,经过无数次编写和改善算法,再加上无休无止的实验,依靠FPGA内多组DSPFPGADSP详细描述请见第二篇浮点怪兽章)的强大运算能力,成功的将有害谐波降低,THD性能竟然提高了39分贝。对数字敏感的烧友可能一下就振奋起来:6个分贝就意味着性能提升一倍,LP6整机的THD+N在目前已经低至-105db(0.00055%,直接打破了PCM1704U-K保持的R2R DAC THD+N性能记录-101.9db (0.0008%),当然性能仅仅是好声的基础,我们LP6钛版在算法工程师和硬件工程师的配合下,将R2R DAC原本自然醇厚听感的基础上即增加了声音密度,THD+N还能做到更低,我们的工程师们所付出的努力总算得到了回报。


THD+N性能
THD性能表.jpg

玩法更多、工艺更先进的超级“DF1704

当大家拆开很多经典R2R DAC台机时,总能看到一对熟悉的搭档,比如PCM1704 DAC旁经常出现DF1704滤波芯片的身影,为什么?因为单纯只使用R2R DAC在很多频段上声音比较干和硬,听感单调,这时DF1704这类滤波芯片就发挥了突出的作用,利用其内部过采样等功能大大提高R2R DAC很多频段上的听感。
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DF1704PCM1704可谓是一对经典组合

我们设计LP6时,DF1704芯片早就停产,市面上只有拆机货,技术老化,工艺陈旧,支持采样率低,滤波器种类只有区区两种。现在主流FPGA都是28纳米以内工艺,而过去音频数字芯片一般采用0.35微米制程,所以在功耗性能及使用灵活度远远不能满足现在和未来的需求。在这个数字技术突飞猛进的时代里,只要拥有大型FPGA,配合编写完善的算法IP,其内部庞大的数字资源可以让我们随心所欲的发挥,性能和扩展性可以做到远高于DF1704芯片的水平,后续甚至可以开发出自定义滤波器功能,满足几乎所有烧友的不同听感。LP6内部的FPGA此时起到的作用相当于一个多种数字滤波功能,工艺先进,功耗超低的超级DF1704芯片,当然也可以既不使用数字滤波,也不做超采样处理,也就是NOS



滤波器种类
滤波器种类.jpg

无损DSD PCM转换

很多烧友知道R2R DAC是没有DSD相关接口的,纷纷询问LP6怎么支持原生的DSD?这个问题问得好:我们可以用FPGA实现AKM公司AK4137芯片相同的功能,这颗芯片可以做到DSD PCM近乎无损的转换。虽然DSDPCM编码制式不同,但它们都是以数字形式来记录一段连续波形,换句话说,本质上都是数字信号,这种转换一般不会影响性能,只要有足够多的运算资源和好的转换算法就可以做到无损转换。由于LP6选用的FPGA资源足够而且更擅长数据的并行处理,所以转换效率高,设计也更方便灵活。
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DSDPCM的相互转化是可以做到24bit内没有性能损失

媲美专业机的自定义EQ

在发布LP6以前,已有很多烧友向我们提问:“为什么乐彼机器只有固定的几种EQ,能不能做自定义EQ?”答案是:自定义EQ设计起来很容易,但是之前机型FPGA资源不足,依靠本机内嵌MCU完成EQ调整,而MCU并不适合做大量的并行数据处理,所以EQ性能确实捉襟见肘。现在好了,有大型FPGA内庞大的DSP块撑腰,以前不敢想的现在就能轻易实现。LP6除了自带一些经典EQ外还拥有多组自定义EQ,这次的EQ可不是什么样子货,完全可以媲美很多专业EQ机听感的。
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LP6自定义EQ界面



一台LP6,一块FPGA,七种HIFI兵器


一台顶级R2R HIFI播放器,如果必须拥有大型数字滤波器、THD性能倍增、无损DSDPCM、高性能自定义EQ、高精度时钟源、高带宽接口、超低抖动SPDIF OUT(其它三种功能的详细介绍请见FPGA这点事第二篇)这七种功能,假设这七种功能各自使用一颗单独的高性能芯片,还会有多少电路板面积能从容布置低通滤波器、放大器、DAC等对听感至关重要的模拟部分关键电路?

何况实现这七种功能的单独芯片,有的市场中根本没有,有的性能完全达不到我们要求。而LP6只使用一颗大规模INTEL  FPGA就高水准的实现了以上7种应用,其中不少还是独门绝活:比如INTEL的工程师也很好奇我们是如何提高R2R DAC芯片的THD性能的,因为目前最好的R2R DAC芯片的纸面性能还没有我们整机高,这七种兵器合一后终于成功敲开IFTD的大门。感谢工程师的灵感,感谢FPGA,这种庞大的可编程、并行运算的逻辑单元芯片为我们,为播放器,也为未来撰写了无数可能。







发表于 2018-5-17 16:24 | 显示全部楼层
然并卵,买不起系列
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发表于 2018-5-17 16:30 | 显示全部楼层
自嗨模式
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发表于 2018-5-17 16:46 | 显示全部楼层
老罗卖手机?
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发表于 2018-5-17 17:13 | 显示全部楼层
就说2万还是3万几吧
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发表于 2018-5-17 17:21 | 显示全部楼层
好吧,请明盘,几万起?估计最没有性价比,溢价最高的随身播放器要出炉了!
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发表于 2018-5-17 17:52 | 显示全部楼层
不明觉厉
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 楼主| 发表于 2018-5-17 18:02 | 显示全部楼层
本帖最后由 乐彼客服1 于 2018-5-17 18:04 编辑

  • 这绝对不是自嗨。
  • 玩好R2R 和FPGA确实存在一定的技术门槛。
  • 这几年我们确实攻克了不少的技术难题。
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发表于 2018-5-17 18:36 | 显示全部楼层
买不起系列
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发表于 2018-5-17 19:26 | 显示全部楼层
估计不止3万
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发表于 2018-5-17 19:58 | 显示全部楼层
看来你们很快就登上世界之巅了。
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 楼主| 发表于 2018-5-17 20:31 | 显示全部楼层
穷乡避壤 发表于 2018-5-17 19:58
看来你们很快就登上世界之巅了。

容客服我嚣张的说声:难道现在不是吗
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发表于 2018-5-17 21:08 | 显示全部楼层
强烈期待LP6能推好hekv2。
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发表于 2018-5-17 21:24 来自手机 | 显示全部楼层
怎么才能屏蔽贪玩蓝月和乐彼这两个广告
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发表于 2018-5-17 21:25 来自手机 | 显示全部楼层
乐彼勒痞;敲诈勒索的地痞
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发表于 2018-5-17 21:26 | 显示全部楼层
本帖最后由 zhengjun 于 2018-5-17 21:28 编辑

想登世界之巅?只可惜前面还有几重大山。一个成熟的企业应该自信,但不是盲目的自大~
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发表于 2018-5-17 21:26 | 显示全部楼层
乐彼客服1 发表于 2018-5-17 20:31
容客服我嚣张的说声:难道现在不是吗

199确实牛,lp6肯定也不便宜,既然定高价位就期待能有突破。比如从此结束随身推不好大耳的说法。要不买来推只能推好耳塞就太平常。注意是推好不是推动
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 楼主| 发表于 2018-5-17 22:06 | 显示全部楼层
zhengjun 发表于 2018-5-17 21:26
想登世界之巅?只可惜前面还有几重大山。一个成熟的企业应该自信,但不是盲目的自大~

大山不怕,研发LP6,我们已经越过无数的大山,克服了无数困难,既然客服我这么说自然有我们该有的自信,况且目前为止我们确实没找到比较高性能的便携R2R播放器,哪怕是高性的R2R台机也并不多见。
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发表于 2018-5-17 22:31 | 显示全部楼层
乐彼客服1 发表于 2018-5-17 22:06
大山不怕,研发LP6,我们已经越过无数的大山,克服了无数困难,既然客服我这么说自然有我们该有的自信, ...

自信固然该有,但自信过头就是自大~
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发表于 2018-5-17 22:39 | 显示全部楼层
无数。。。无数。。。
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