Direct Clock

was soll das sein?...

...keine gewöhnliche CD-Clock jedenfalls!

es geht um eine Detail-Entwicklung, an der auch mein Bruder maßgeblich beteiligt ist, ein möglichst präziser Taktgeber bei der Digital-Analog-Wandlung.

Im Gegensatz zu den meisten anderen Verbesserungsmaßnahmen im Audiobereich ist nun die Takt-Präzision einer D/A-Wandlung eine der wenigen Maßnahmen, bei der man es nicht übertreiben kann. Präziser ist und bleibt hier besser, das ist nicht wie z.B. bei Dämpfungs-Maßnahmen, bei denen man stets Gefahr läuft, das richtige Maß zu verfehlen.

Wenn man nun einen CD-Spieler mit einem möglichst genauen (Wandler-)Takt betreiben will, so wird dieses Oszillator-Thema im Internet bereits von vielen Angeboten bedient, Clock-Module zum Nachrüsten gibt es an sich schon wie Sand am Meer. Nachdem mein Bruder bei seinen Versuchen im Umfeld von TDA1549-Wandlern mit einer einfachen Fernost-Platine Fortschritte berichtet hatte, habe ich mir die gleiche Platine kommen lassen. Hier eine Abbildung des Händlers:

ein durchaus aufwändiges Fernost-Modul, gut zum Experimentieren

diese Clock sollte nun bei mir im Exposure-Player die dort schon als eigene Baugruppe vorhandene Clock ersetzen und daher natürlich deren Präzision übertreffen. Bestückt war das neue Modul mit einem 1PPM VALAB Oszillator-Modul.

Weiterhin hatte es eine eigene Gleichrichtung, Stabilisierung und ein Mehrfach-Teiler-IC am Ausgang, um die halbe und die viertel Oszillator-Frequenz liefern zu können. Mir fielen sofort die Elektrolyt-Kondensatoren auf, denn hier waren extrem verdächtige Merkmale zu sehen - angebliche Panasonic FM-Kondensatoren in einem dunkleren Gold-Ton, Philips-Typen, die seit über 20 Jahren obsolet waren. Die mussten raus, alles gefälscht, keine Lebenserwartung. Nach dem Ersatz durch amtliche Ware zeigte die genauere Untersuchung, dass diese "unterschiedlichen" Marken von ein und demselben Hersteller stammten, mit dem ich schon bei meinem chinesischen Monitor Bekanntschaft gemacht hatte - der wegen eben dieser Teile bereits nach sechs Monaten ausgefallen war. Die gleichen Dichtungen mit konzentrisch geprägten Ringen, bei beiden ausgebauten Phänotypen.

...vorne zum Vergleich ein echter Panasonic FM
dahinter alle Elkos vom Clock-Modul ausgebaut - gefälschter Schrott...

Um besser als die Exposure-Clock zu arbeiten, musste natürlich das Phasenrauschen des Ersatz-Moduls geringer sein. An sich kein Problem bei dem simplen Aufbau der Farlowe-Schaltung, sollte man meinen.

Die Exposure-Clock war zunächst die Messlatte...

Zu dem Zeitpunkt hatte ich mich jedoch noch nicht weit genug eingelesen, um die Bedeutungslosigkeit der PPM-Angaben zur Oszillator-Drift zu kennen und diese zu ignorieren.

Daher auch die testweise Anschaffung zweier vergoldeter Vanguard TCXOs mit geprägter 0,3PPM Aufschrift. Das mit besseren Elkos ausgestattete Modul zeigte dann aber, dass das mitgelieferte Oszillator-Modul bessere Ergebnisse brachte und dass zudem der Flip-Flop-Teiler stets die schlechtere Wahl darstellte, wenn man den Anschluss direkt machen konnte.
Von der vorhandenen XO-Modul-Auswahl war der "Vangard" tatsächlich der bei weitem schlechteste - goldig, o.k., die kleinste PPM-Zahl und klanglich definitiv weit hinter der Exposure-Clock. Es wird sich hierbei in irgendeiner Form um eine Fälschung handeln, umgelabelte, minderwertige Standardware. Das VALAB-Modul dagegen konnte mit der Exposure-Clock bereits mit halten, mehr aber auch nicht.
Besser, und zwar deutlich, verhielt sich dann das aus Enttäuschung bestellte Tentlab-XO-Modul, insbesondere, wenn man es ohne Teiler anschloss.

In dieser "improved clock"-Version wurde das Gerät nach erfolgreichem Abschluss der Testreihe schließlich verkauft.

Und dann weitere Schritte vorbereitet. Letztlich konnte nämlich keine der machbaren Kombinationen der Zukäufe die sich aufdrängenden eigenen Überlegungen komplett umsetzen. Was man eigentlich wollte, gab es (mal wieder) so nicht zu kaufen.

Es blieb zunächst noch zu klären, wie tief man ins eigentliche Detail "Oszillator" einsteigen wollte und sollte, also ob man wirklich diskret auf Basis eines Quarzes und ein paar Verstärker-Elementen oder mit einem fertigen, gekapselten Oszillator-Modul (XO im Metall-Gehäuse) beginnt, in dem bereits die Erfahrung eines "low jitter -Herstellers" samt einigen (zumindest bei richtiger Anwendung) garantierten Daten steckt.

Hier war die Entscheidung nach den oben beschriebenen Experimenten und Erfahrungen recht schnell gefallen: den Oszillator-Block kauft man zu, der Tentlab hatte im Test wie auf dem Datenblatt als seriöse Basis überzeugt. Nachvollziehbar präzise Quarz-Oszillatoren (XO) gibt es - im krassen Gegensatz zu der Zahl der Wunder-Module - denn auch gar nicht so viele leicht erreichbare auf dem Markt.

Eckpunkte und Anforderungen

Es lässt sich zu den Tentlab XOs schon beim Hersteller nachlesen, dass am Ausgang nur dann das Machbare erreicht wird, wenn die Versorgung extrem störungsfrei erfolgt. Jede Frequenz, alles Rauschen auf der Versorgungsspannung erscheint umgehend als Phasen-Störung und Phasen-Rauschen am Ausgang und letzlich als Mischprodukt mit der Sampling-Frequenz am Analog-Ausgang. Das erste was man also benötigt, ist eine wirklich glatte Gleichspannung.

Der zweite Punkt betrifft den Weg des aufwändig erzeugten Takt-Signals zum Takt-Eingang des Wandlers, wo seine Flanken letztendlich die jeweiligen Wandlungs-Schritte auslösen. Auch wenn der Oszillator noch so genaue Zeitabstände zwischen den Flanken einhält, mit dem schaltungstechnischen Abstand zum Wandler verringert sich diese Güte. Jedes verstärkende Gatter, jedes Flip-Flop jede PLL-Schaltung auf dem Weg zum Wandler verspielt einen guten Teil der angewandten Mühe.
Hier kommt nun ins Spiel, dass Hersteller von CD-Spielern schon allein aus wirtschaftlichen Erwägungen die Taktgeber meist zentral an einem IC arbeiten lassen, in dem etliche Funktionen vereint sind, der D/A-Wandler bekommt dann von diesem IC den Takt in der Regel nur durch gereicht - in der Regel mit Verschlechterungen. Die Einbußen auf dem Weg zum Wandler mögen bei schlecht versorgten und in der Grundqualität mäßigen Quarzgeneratoren nicht sonderlich ins Gewicht fallen. Hat man z.B. eine Grundabweichung von 200ps, mögen 20ps zusätzliche Ungenauigkeit auf dem Weg zum Wandler verhältnismäßig wenig sein. Gegenüber einem auf 2ps genauen Grund-Takt ist das dann aber verhältnismäßig viel...

Der lange Weg des Taktes musste also vor allem kürzer werden - so kurz wie irgend möglich.

Digitalisierungs-Fehler allgemein

Nun muss ich den interessierten Leser erst mal auf einige Grundlagen verweisen, ohne die wir hier nicht auskommen, lesenswert ist zum Beispiel einiges in der Wikipedia zu diesem Thema, unter anderem:

und

also Fehlern, die bereits durch die Digitalisierung entstehen, wenn man eine technisch ideal aufgebaute Übertragungskette voraussetzt.

Aus diesen Seite habe ich mir erlaubt, ein paar frei verwendbare, recht aussagekräftige Bilder zu kopieren und hier zu verwenden - sehen Sie selbst:

Hier ist sehr schön symbolisiert, wie ein Original-Signal (grau) mit Hilfe eines Amplituden/Zeit-Rasters eingeteilt wird. Von der ganzen Eingangskurve werden nur die auf die waagrechten Linien gerundeten Messwerte zu den Zeitpunkten 1 bis 13 als Zahlenwert gespeichert bzw. übertragen, also bleiben vom Eingangs-Signal ab dem Zeitpunkt der Wandlung nur Zahlen übrig, die die roten Koordinaten-Punkte von nun an symbolisieren.
Es existiert im Grunde von dem Signal nur noch eine reine "Software"-Abbildung und keine fass- bzw. messbare physikalische Größe mehr, wie man das von der Analog-Übertragung gewohnt war.

Man tut das vor allem, weil Digital-Daten in mehrfacher Hinsicht eine wesentlich höhere Grund-Störfestigkeit gegenüber Fehlern bei der Übertragung und Speicherung aufweisen, und sich durch mathematische Sicherungs- und Korrekturverfahren sowie entsprechende Vererbung und Migration theoretisch beliebig lange fehlerfrei erhalten und reproduzieren lassen. Selbst bereits eingetretene Daten-Verluste lassen sich beim Um-Kopieren mit Fehlerkorrektur meist hundertprozentig rückgängig machen. Das Verhalten ist in dieser Beziehung völlig unterschiedlich zu analogen Verfahren, wo mit jedem Übertragungsschritt unweigerlich und unumkehrbar Fehler zum Signal addiert werden und jede Kopie dadurch zwangsläufig schlechter sein wird als das Original. Eine Digital-Kopie unter Durchführung einer Fehlerkorrektur kann dem gegenüber ohne weiteres vollständiger ("besser") sein, als ihre möglicher Weise beschädigten, doch noch Korrektur-fähigen Quelldaten.

Den Preis zahlt man dafür in der Form, dass man bei der Digitalisierung auch immer mehr oder weniger wichtige Information endgültig verliert.
Und selbst wo man diese Verluste durch ausreichend genaue Wandlung minimieren kann, entstehen durch das Raster-Gitter immer auch zusätzliche Effekte, mehr oder weniger große Störungen. Auch bei ideal genauer, also vollständig gleichmäßiger Einteilung ist das nicht vermeidbar, es handelt sich um eine strukturelle Eigenschaft der Quantisierung.

Oben ist idealisiert eine "gerasterte" Signalkurve dargestellt, die Achsen-Einteilung ist zwar dimensionslos, könnte aber z.B. in Sekunden für die X- und Volt für Y-Koordinate gemeint sein. Unten sieht man in Vergrößerung den zwangsläufig bei der oben erfolgten Einteilung entstehende Fehler, also die Abweichung der Raster-Kurve von der originalen Signalkurve.

Was sofort einleuchtet ist, dass solche Fehler und die entsprechenden Informations-Veränderungen/Verluste unvermeidlich sind, sowie man von einer theoretisch unendlich feinen Auflösung bei analoger Übermittlung (richtiger: nur durch physikalische Größen und die Sorgfalt des Aufbaus limitierter Auflösung) zur Umsetzung in eine Kette diskreter Daten übergeht. Das ist an sich ja schon mal eine Phantasie-Voraussetzung, unendlich feine Analog-Signale gibt es nicht, doch muß man andererseits mit der Digitalisierung ja auch keine unnötigen, zusätzlichen Verluste provozieren.

Bei der Digitalisierung wird ein doppeltes, also zweidimensionales Raster über die Eingangsgröße gelegt von dessen Einteilung die erzielbare Übertragungs-Qualität maßgeblich abhängt, denn je feiner das Raster, desto geringer die unvermeidlichen Fehler - die man ja einerseits als Informations-Verlust, als auch andererseits als Verzerrung (zusätzliche Störung) des Signals interpretieren kann. Beide Sichtweisen sind gleichermaßen richtig. Bestenfalls verteilt sich bei  einem idealen digitalen Übertragungs-System das Störsignal sogar wie völlig zufälliges Rauschen, breitbandig und gleichmäßig - eine solche Verteilung wirkt am wenigsten störend und entsprechendes Quantisierungs-Rauschen ist je nach Auflösung (Sample-Tiefe) immer in einem bestimmten Höchst-Abstand (schlechter geht natürlich immer) vom Signal zu erwarten. Bestimmte Methoden in der Wandlertechnik, insbesondere in den Digitalfiltern versuchen die Hörbarkeit dieses Rauschens noch zu minimieren, die Begriffe dazu sind "dithering" und "noise shaping". Darum kümmert sich z.B. ein Digital-Filter wie der DF1704/1706-Baustein in hervorragender Qualität.

Ein paar Beispiele für reine Quantisierungs-Rauschen (also statistisch breitbandig verteilte Quantisierungs-Fehler) in Abhängigkeit von der Sampling-Tiefe bietet übrigens auch wieder die Wikipedia, hören Sie auf der Seite über Quantisierung mal die Audio-Dateien ganz unten an.

Zusammengefasst kann man sagen: Wo die eine Koordinate unseres Rasters in der Amplitude des Signals besteht, die andere im zeitlichen Verlauf, ist es durchaus anschaulich, dass eine feinere Auflösung des angelegten Rasters sowohl die Menge der gewonnenen Daten erhöht, als auch die Qualität des Ergebnisses.

Und hier muss ich gleich dringend eine praktische Einschränkung anmerken, nämlich dass die Qualität des kompletten Übertragungs-Aufbaus natürlich der Feinheit einer solchen Einteilung auch Rechnung tragen muß, damit keine absurden Ergebnisse entstehen.
Damit spreche ich übrigens keine theoretischen Phantasie-Produkte an, sondern den Großteil der aktuellen digitalen (Audio-)Geräte der Unterhaltungs-Elektronik. Betroffen sind auch z.B. Produkte wie Kameras - ob ein Bildsensor nämlich besonders viele Pixel besitzt, ist auch kein alleiniges Kriterium für die erzielbare Bildqualität...
Und ich muss erläuternd hinzu fügen: Die wenigsten Leute haben die Möglichkeit der Erfahrung, wie wenig eine hohe Audio-Auflösung meinetwegen von SACD oder BD eigentlich bringt, wenn weder die Mikrofone und Vorverstärker auf der Aufnahmeseite einem präzise arbeitenden (und getakteten!) A/D-Wandler angemessene Qualität geliefert haben, noch auf der Wiedergabeseite die Signalbehandlung dann der theoretischen Inhaltsmenge auch nur im geringsten gewachsen ist.
Einen Standard-BD-Player mit vollmundig gepriesener 192kHz/24-Bit-Wiedergabe spielt ein richtig gut gemachter CD-Spieler mit seinen ach so wenigen Eingangsdaten so was von an die Wand, dass die nach dem besseren Klang befragten Zuhörer völlig verkehrt tippen, welches Gerät die feiner aufgelösten Daten zur Verfügung hatte.

So lange die Gesamt-Elektronik eines Geräts also nicht mal in der Lage ist, aus einer gut eingespielten CD das Maximum heraus zu holen, ist die Forderung nach noch mehr Daten gar nicht so vordringlich. Das CD-Format deckt tatsächlich den Hörbereich bereits mindestens annähernd vollständig ab. Mehr mag ja theoretisch schön sein, bei idealer Umsetzung mögen sich per "HD" tatsächlich auch Feinheiten verbessern lassen, vielleicht sogar bei geringerem Aufwand - doch lässt sich in Wirklichkeit digital für das Ohr gar nicht mehr wesentlich mehr erreichen, als schon mit voller Nutzung des CD-Formats geht, zumindest bei richtiger Umsetzung und Vermeidung von technischen Fehlern.

wozu direkte Taktung?

Wenn wir ein perfekt digitalisiertes Signal im Geiste mal betrachten, meinetwegen als eine Spannungs-Kurve auf Kästchen-Papier, dann hätten die Auswahl eines optimalen Wandlers und Filters ausschließlich Einfluß auf die vertikalen Kästchen-Abstände. Filter und Wandler sind vor allem zuständig für die richtige vertikale Ausrichtung jedes Amplituden-Werts bei der Rück-Wandlung in ein Analog-Signal. Wollen wir eine gerasterte, und damit den Kästchen-Grenzen folgende Kurve jetzt möglichst genau wieder in eine monotone Form zurückführen, die resultierenden "Stufen" also wieder zugunsten einer "runden" Durchschnittskurve weg bekommen, fällt schnell auf, dass die erreichbare Präzision vom gleichmäßigen horizontalen Abstand senkrechter Linien ganz genauso abhängt, wie von dem vertikalen Abstand der waagrechten - doch Filter und Wandler-Genauigkeit haben auf die Zeitabstände - denn denen entsprechen die senkrechten Linien im Beispiel - keinen Einfluss.

Befasst man sich mit dem Thema genauer, stellt sich sogar schnell heraus, dass hier vom musikalischen Standpunkt her mehr Zündstoff liegt, als in den möglichst genauen Spannungsabständen des Wandlers. Denn wo ein sogenannter "Linearitätsfehler" des DAC zum Nutz-Signal nur Oberwellen mehr oder weniger hoher Ordnung erzeugt, also sogenannte "Harmonische" (man achte auf den Namen!), da stehen die Störungen aus einem minderwertig getakteten Wandler schlicht in keinerlei Verhältnis zum Nutz-Signal, völlig unmusikalisch vermitteln Sie nur zusätzliche Artefakte, die einzig mit der Wandlungs-Frequenz und deren Stör-Größen zusammenhängen und deren Resultate völlig disharmonisch mitten im Hör-Spektrum auftauchen. Leicht sieht man auch ein, dass diese sogenannten "Jitter"-Störungen umso größer werden, je höher der Signal-Pegel steigt. Denn durchläuft innerhalb eines Taktes das Signal einen größeren Spannungs/Pegel-Bereich, ist auch die im Fläche zwischen Fehler- und Signal-Kurve größer.

Kurzum:
Jitter ist eine völlig unmusikalische Störung und nervt am meisten, wenn es laut wird.

Erinnern Sie sich einfach an alte, billige Chip-Grußkarten und ihre Aliasing-verzerrte Stimm-Wiedergabe, genau genommen handelt es sich bei diesem Gejaule zwar nicht um Jitter-Störungen, doch eine Aliasing-Verzerrung bringt ebenfalls disharmonische Spiegelfrequenzen als Mischprodukt von Signal- und Abtastfrequenz ins Spiel und geht einem daher strukturell in ganz ähnlicher Weise auf den Wecker, wie ein Jitter-Fehler...
- das schreibe ich nur, damit Sie sich mal in Reinform digitale Störungen in der Audio-Übertragung vor Augen - Verzeihung: vor Ohren führen. So ähnlich ist die subjektive Qualität von Störungen aus schlechten Taktgeneratoren in Digital-Analog-Wandlern auch, kleiner, aber besonders in der Wiedergabe von Stimmen durchaus auch auf kleinem Niveau noch wahrnehmbar.

Beurteilen Sie den nicht-ergonomischen Anteil entsprechender Digital-Fehler bei Hifi-Geräten am besten anhand von Frauenstimmen, denn deren Einschätzung hat jeder Mensch instinktiv besonders gut im Griff (warum wohl...) und kann damit einfache Messgeräte weit übertreffen.
Anders herum:
Wo evolutionär derart wichtige Signale völlig natürlich und frei von technischem Ballast wirken, wird sich auch messtechnisch keine relevante Störung mehr erfassen lassen - am Maßstab "Mensch" gemessen geht es dann nicht mehr besser bzw. sind weitere Maßnahmen überflüssig.

Wenn allerdings der Taktgenerator macht was er will, kommt nicht nur nervtötende Störung dazu, auch die Integrität und Dichte eines Musik-Signals wird deutlich wahrnehmbar beschädigt. Ich war bei meinen ersten erfolgreichen Clock-Versuchen erstaunt, wie viel fester und besser nachvollziehbar auch der Grund-Bereich einer Aufnahme heraus kommt, wenn das Übergewicht falscher Hochton-Ereignisse auf das rechte Maß zurück geführt wird.

Clock-Erwägungen

In der Regel ist die Genauigkeit des Taktgenerators zwar die wichtigste Basis einer guten CD-Clock, doch in Wirklichkeit ist das nur die halbe Miete. In einem sparsamen Industrie-Design ist der Gesamt-Zeitfehler, den der Wandler "sieht" nochmals deutlich erhöht, weil wie hier ein zentraler Oszillator verwendet wird, bei dessen eigener Ungenauigkeit es ja nicht bleibt. Puffer-Stufen, Frequenz-Teiler oder PLL-Kopplungen und lange Leitungen, zu wenig steile Signale, die den empfangenden Baustein im Zweifel lassen, wann genau der Schalt-Pegel erreicht ist, fügen ihre eigenen Fehler hinzu. Im besten Fall wird der Takt auf dem Weg zum Wandler nur um ein paar Prozent schlechter, häufiger vervielfachen sich allerdings die Probleme.

Beim Symphonic Line CD-Player bzw. dem AKAI CD69/79 bin ich nach dem Umbau mehrerer Exposure-CD-Player auf den gleichen Grund-Aufbau gestoßen, doch gelten die folgenden Überlegungen natürlich für sämtliche ähnlichen Geräte-Konzepte:

Wie in CD-Spielern dieser Generation zu erwarten, arbeitet im Basis-Gerät unseres Symphonic-Line/Akai-Beispiels tatsächlich ein 16,9344 MHz-Quarz als Master-Taktgeber für Laufwerk und Wandler. Bei der OEM-Variante ist der noch ein wenig von dämpfendem Bitumen ummantelt und sitzt am zentralen Sony-Chip der Steuer-Platine. Der hier gewonnene Zentral-Takt wird in der Umgebung universell weiter verwendet, unter anderem an den Digitalfilter weiter gereicht, dort mit der Verteilung des Signals auf zwei Wandler halbiert und erreicht erst nach einem Stück Flachbandkabel und noch etlichen Zentimetern Leiterbahn die Wandler. Dort ist das sogenannte "Bit-Clock"-Signal vor allem aus einem Grund kritisch: immer mit der zweiten Flanke nach Erhalt eines kompletten Daten-Worts löst dieser Takt die eigentliche Wandlung aus. Sind nun im Generator-Signal Zeit-Störungen enthalten oder auf dem langen Weg dazu gekommen, wird diese Störung auch im analogen Ausgangs-Signal enthalten sein.

 

 

Am Beispiel AKAI CD79 - industrielles Standard-Prinzip für Taktung und Verlauf der Digital-Signale

Am besten, man betriebe also die beiden Wandler direkt an einer guten Clock, oder? Die Fehler der Zuleitung ließen sich so minimieren.

Eine brauchbare, Jitter-minimierte Clock-Platine für die hier notwendigen 8,4672 MHz wäre im Internet auch ohne Problem zu bestellen. Nur funktioniert bei dieser Art der Anwendung leider nur der Wandler gut und der CD-Spieler als Ganzes gar nicht mehr - "Operation gelungen, Patient tot". Denn ursprünglich war der Takt ja aus der doppelten Frequenz abgeleitet und vom Steuer-Chip übernommen. Man kann jetzt nicht einfach einen zusätzlichen Generator am Wandler anschließen, nie und nimmer laufen die beiden Quarze synchron, wenn aus so einer Anordnung überhaupt noch etwas Erkennbares heraus kommt, dann hat es mit Sicherheit nur noch wenig Ähnlichkeit mit dem, was jeder "normale" CD-Spieler aus der gleichen CD macht. Eine Mischung aus unangenehmen Krachen und Rauschen kann man da erwarten, ein paar versteckte Signalreste dahinter.
Und wenn man wieder eine 16,9344 MHz-Clock nimmt, meinetwegen die beste am Markt, und dann über einen Frequenzteiler den Wandler und am direkten Ausgang die Steuerung betreibt, dann hat wieder der Wandler den schlechteren Takt.
Doch wozu richtig Aufwand treiben und dann ausgerechnet an der wichtigsten Stelle mit einem Teiler Frequenz und Vorteil halbieren?

Dabei wäre es der Steuerung relativ egal, mit ein klein wenig Jitter betrieben zu werden, ausschlaggebend ist der Augenblick der Wandlung, nicht, wie synchron und phasenrichtig der Datenpuffer des Wandlers beladen wird.

Es musste eben etwas Eigenes her.
Grundlage davon sind drei Einheiten:

  • ein Tentlabs XO, zwar nicht so Langzeit-driftfest wie manches Fernost-Produkt, doch das Phasenrauschen - hierauf kommt es in Wirklichkeit an -  liegt dafür bei guter, rauscharmer Versorgung im absolut grünen Bereich, jenseits von -125dB. Es lassen sich, ohne dass ich das jetzt nachmessen könnte, kleine, einstellige Werte an Piko-Sekunden in Sachen Zeit-Abweichung erreichen, zum Vergleich: Standard-Oszillatoren in CD-Spielern liegen traditionell um mindestens eine, in der Regel aber eher zwei bis drei Zehnerpotenzen höher, auch den Original-Quarz des AKAI/Symphonic Line schätze ich da nicht besser ein. Siehe dazu wiederum die Wikipedia...
  • Der zweite Baustein (bzw. Baugruppe) ist die Versorgung des Quarz-Generators. Störungen der Betriebsspannung erscheinen nämlich nahezu eins zu eins als zusätzliche Zeitfehler am Ausgang des XO. Hier hatte ich gleich zwei, einander ähnelnde Konzepte entworfen, eines diskret, eines mit Regel-ICs als Referenzen, für das Beispiel-Gerät kam die diskrete Fassung zum Einsatz.
    Grob kann man das Ganze mit einem Plattenspieler-Riemen-Antrieb mit einem sehr gut entkoppelnden Riemen und großer Teller-Masse vergleichen. Ich habe die Versorgung versucht zu "passivieren", soweit das irgendwie möglich war - kein ultra-präziser Regelbaustein ist daher die Basis, sondern eine super-rauscharme Stromquelle, die nochmals Widerstands-entkoppelt eine (nur räumlich) kleine, aber feine Kondensator-Batterie speist - es kommt hier ein Niedervolt-, extra low ESR Fest-Elektrolyt-Elko von 820µF parallel zu verschiedenen Folien-Kondensatoren zum Einsatz. Den Grundwert der Spannung justiert man per Spindeltrimmer über eine hochohmig angehängte Stromsenke (eine Art einstellbarer Zener-Diode). Ein ca. 20mA-Verbraucher wie der Tentlab-XO kann es unter dem Strich einfach nicht glatter haben, als was diese Spannung an Stabilität im gesamten Audio-Bereich bis hinauf zur Taktfrequenz bietet.

Auf der "direct clock"-Platine wird die Strom-Senke mit einer rauscharmen, grünen LED stabilisiert

Doch der CD-Player insgesamt würde mit dieser ausgefeilten Clock, wenn man sie am Wandler selbst anschließen will, immer noch nicht funktionieren (siehe oben). Jedenfalls nicht ohne eine dritte, mit eigener Standard-Spannungsregelung versorgte Hilfs-Schaltung:

  • ein PLL-IC, das aus einem gegebenen Takt einstellbar die doppelte oder vierfache Frequenz phasenstarr erzeugen kann.

    Und damit ist es jetzt auch möglich, einerseits die Burr-Brown 24-Bit-Wandler direkt aus dem Ausgangs-Bein des 8,4672 MHz-Tentlab-XO über je einen 47-Ohm-Widerstand am Takteingang zu speisen, als auch andererseits die verdoppelte, synchrone Frequenz an die Steuerung weiter zu reichen - die nun  an der "langen Leine" betrieben wird. In der AKAI/SL-Originalfassung war es noch der Wandler, der den Takt auf verschlechternden Umwegen bekam.
    Der Pfad des Taktsignals hin zur Steuerung ist in der neuen Fassung dennoch kürzer und einfacher, sein Jitter-Anteil geringer, als vorher in der Original-Schaltung. Die Steuerung wird insofern selbst an der "langen Leine" immer noch besser getaktet, als es vorher der ausgebaute, billige Quarz mit seiner verhältnismäßig "verseuchten" Oszillator-Speisung zuließ.
    Die Wandler selber hängen jetzt ohne Zwischenschritte an der "ganz kurzen Leine" eines der besten käuflichen und gnadenlos Störungs-arm versorgten XOs.

Modifizierter Anschluss der direkten Taktung am Beispiel AKAI CD69

Aufwändig... und GUT.

Warum kommt da sonst keiner drauf?

...stimmt gar nicht! Die oben gemachten Überlegungen mögen nicht in die industrielle Fertigungs-Welt passen, doch gerade nach Fertigstellung eines Großteils dieses Artikels bin ich als hervorragendes Beispiel auf die Firma "Less Loss" gestoßen. In Kalifornien ist man völlig unabhängig von meinem Gedankengängen auf den gleichen Wandler (die Bemerkungen zum PCM1704 unterschreibe ich sofort), das gleiche Filter-Chip, die gleiche Art der Taktung und sogar auf den (Rückwärts-)Betrieb der Quelle am Takt des Wandler-Takt-Generators gekommen. Die Firma bietet an, beliebige CD-Spieler im "slave"-Modus an ihren Wandler anzubinden - mit Takt-Rückspeisung, exakt das hier aufgezeigte Verfahren in handwerklicher Durchführung. Und sie schreiben sogar, dass sie dazu nichts erfinden mussten - an sich ist das alles nicht-patentierbarer Stand der Technik. Schmökern Sie gerne mal auf deren Seiten, die sind in mancher Beziehung bereits schon weiter vorgestoßen als ich und konnten bereits einen eigenen, kompletten Wandler in etwa nach meinen Prinzip anbieten. Und das zwar nicht billig, aber zu für Handarbeit mehr als angemessenen Preisen.

Durchführung

wie erwähnt gibt es zwei Grund-Entwürfe, der hier ist der andere...

Der Schaltplan ist von mir, das Layout von meinem Bruder. Das Prinzip ist in beiden Varianten die Speisung aus einer möglichst rauscharmen Stromquelle kombiniert mit ebenfalls strombegrenzter Parallel-Stabilisierung. Durch die hochohmige Ankopplung und die konstante Last dominiert in der Schaltung der kapazitive Anteil, es wird passiv geglättet. Die hier gezeigte IC-Variante basiert auf einem LM317-Spannungsregler beschaltet als Stromquelle. deren Fußpunkt wiederum durch einen TL431 gedämpft anhand des Füllstands verschoben wird.

Die diskrete Variante regelt weniger scharf, zeigt dafür aber auch noch weniger "Regel-Abdruck".

Das Layout weist flächige Masseführung auf, zweiseitig bestückt befindet sich die Mehrzahl der Bauteile in Form von SMD-Bausteinen auf der Rückseite.

Die Bestückung der bedrahteten Bauteile ist der kleinste Teil der Miete,

denn am meisten hat man an der Rückseite zu tun.