R-2R DAC met 'gewone' componenten

Dikke kans dat ik het wiel opnieuw heb uitgevonden. Maarrrr...

@nonius attendeerde mij op de ZN426E8, een 8 bit DAC in IC vorm. Maar deze is obsolete en misschien moeilijk verkrijgbaar.

Het leek mij daarom wel leuk om zoiets met losse componenten te ontwerpen. Dat geeft ook de ruimte voor hoeveel bits je hem wilt hebben. Deze is acht maar eenvoudig naar meer of minder te bouwen, al gelang de behoefte.

Er is ook wel wat ruimte voor de Ref spanning. In eerste instantie bleek na een complementair N en P mosfetje als Vref en ground schakelaar toegevoegd te hebben dat een 1 een 0 bleek te zijn. Dus heb ik geheel in stijl er een inverter ingefrut met de BS170.

De componentkeuze bepaalt ook de maximale snelheid waarmee de DAC reageert. Dit ontwerp zal niet retesnel zijn verwacht ik. Maar snellere componenten in de schakelmosfets leveren ook een hogere snelheid uiteraard.

In dit schema is de LSB 1 gemaakt met de 5 volt VCC en geeft netjes 10mV bij een Ref van 2.56 volt. Alle acht bits in de sim op 1 geeft 2.55 volt. Uiteraard kan ook de 0 en 1 spanning zelf gedefinieerd worden mocht je i.p.v. 5 volt 12, 15 of 24 o.i.d. willen.

Je kan hem bouwen met TH componenten of SMD. Ruimte genoeg voor creativiteit dus. :P

Uit de andere thread, waar het inderdaad off-topic was:

[Harry64] Geen idee hoe het heette. Ik had via de C64 een schema in ASCII van een BBS gedownload, dat was met acht weerstandjes, geen R-2R. Er zat ook een play.com (geen .exe) bij en een riedel 'deuntjes' waarmee je op de XT dan 'muziek' kon afspelen met commando: play.com -LPT1 a:riedel

In mijn geval heette het mp.com (modplay.com) https://www.youtube.com/watch?v=vJUB1ZLRdxE En bij deze .com-file zat inderdaad ook een .txt-bestand waarin diverse simpele schema's van D/A-converters stonden. Sterker nog, dat uitgeprinte bestand heb ik hier nog steeds in een documentatiemap zitten. Uitgeprint op kettingpapier (met randperforatie) op een 8-naalds printertje. Een R-2R convertertje stond ook in die .txt-file maar dit achtte ik minderwaardig, immers, een speciaal (en duur) IC als de ZN426 *moet* wel beter zijn als iets simpels met een paar weerstandjes.... (jeugdige onwetendheid). Enfin, als ik bedenk hoeveel uurtjes plezier ik uiteindelijk van die D/A-converter heb gehad dan was het het geld uiteindelijk toch wel dubbel en dwars waard. Later heb ik een tweede D/A-converter gebouwd op een zelf-ontworpen ISA-kaart, zodat ik de voeding voor de converter intern kon betrekken, i.p.v. met een extern voedingsadaptertje.

Er kwam *verdraaid* goed geluid uit dat simpele 8-bit D/A convertertje; zie link om een beeld te krijgen van de kwaliteit: https://www.youtube.com/watch?v=zTtjvbAvsys (let wel, dit was in de tijd dat ik welgeteld één CD in m'n bezit had (welkomstgeschenk van de bank), maar geen CD-speler om hem af te spelen.... Dus m'n referentieniveau v.w.b. goede audio was niet echt hoog: cassettebandjes en ruisende LP's).

Vergeleken met tot wat de PC oorspronkelijk in staat was (er zat alleen een piëzo-buzzertje in dat een piepje kon geven), was die D/A-converter (een kopie van het commerciële product 'Covox', wat ook gewoon een D/A-convertertje was) een enorme verbetering. Overtrof zelfs m'n oude C64 (eigenlijk: C128D) ten zeerste. En ja, BBS-en herinner ik me ook nog, met een 300/300 baud MT-telecom modem in de PC. Gelukkig zat er ook 1200/75 (viditel) op, dat was in vergelijking daarmee bliksemsnel. Helaas, de ouders waren iets minder gecharmeerd van de eerstvolgende telefoonrekening, dus dat feest was snel afgelopen.

Zucht. Opa wordt oud. Hopelijk vergeeft men het hem dat hij af en toe wat nostalgisch zit te mijmeren over z'n jeugdjaren ;)

Trouwens, ik zag dat de ZN426 nog wel leverbaar was (Display Haarlem o.a.). Hieronder het zelfgebouwde R-2R convertertje dat ik een jaar of 3 geleden heb gebouwd, uit nostalgie, voor m'n oude DOS-laptopje.

Leuk experiment om het na te maken met discrete onderdelen. Het praktische nut zie ik zo direct niet, maar dat mag de pret niet drukken :) En het wiel opnieuw uitvinden kan ook leerzaam zijn.

Ha. leuk wel dat oude spul. En mja, telefoon rekeningen... brrr. Ooit eens rond 1980 een versie van Orcad gedownload via 2400 baud BBS, duurde maar iets van 27 uur. M'n ouders waren een weekendje weg, dus dat kon dan mooi 'even'. Nooit aan de gang gekregen want die versie wilde minimaal een EGA kaart met 1 Mb video geheugen en een coprocessor. Dat had ik niet in m'n XT alleen een Hercules met ik dacht 128Kb videogeheugen of al een CGA en daar deed Orcad het niet voor. Ik wilde die versie om samen te werken met Layo1 PCB ontwerp. Dat ging dus mooi niet door.

Wel een telefoonrekening die dik 85 gulden hoger was dan normaal. Dus toen werd BBS'en drastisch beperkt. :P

Even over m'n bouwsel. De huidige waarde van R17 t/m 24 maakt hem traag qua terugkeren naar 0.

Lagere waarde maakt sneller maar trekt dan ook meer mA's van de Ref bron.

Op zaterdag 8 maart 2025 01:58:40 schreef harry64:
Lagere waarde maakt sneller maar trekt dan ook meer mA's van de Ref bron.

Je kunt die R17, R18... toch aan een andere voeding hangen, dan ben je die load kwijt.
Of de Vref bufferen met een opamp volgertje. (voor alleen de pullups). Maar eh, is 2.56 V wel genoeg Vgs spanning om de dual fet genoeg open te sturen? Is wel erg weinig.

Dat van die Vgs is wel een goede. Ik zal de sheet eens opzoeken. In de sim werken dingen vaak wel die in het echt niet of net niet zo werken.

"Pros" heeft ooit zo iets gemaakt met schuifregisters : https://prosje.be/Projects/LabVoeding82V1.html

Is R1 correct? Moet dat ook niet 1k oid zijn, in het schema van "pros" staan er ook 2 parallel. Ik zou er ook het "boekje" bij moeten pakken hoe het ook alweer zat.

[Bericht gewijzigd door henri62 op (27%)]

R1 is correct. Ik heb meerdere schema's van de ladder gezien en dat is overal Rx2. De mosfets zijn wel voor typisch 5 volt gebruik en kunnen met een lage Vgs toe. Echter lijkt er het bekende/beruchte probleem te zijn dat de fets in de huidige opzet kortstondig beide in geleiding zijn wat tot hoge en waarschijnlijk zelfs destructieve stromen leidt.

[Bericht gewijzigd door harry64 op (62%)]

Op zaterdag 8 maart 2025 01:13:07 schreef nonius:
Uit de andere thread, waar het inderdaad off-topic was:

[...]

In mijn geval heette het mp.com (modplay.com) https://www.youtube.com/watch?v=vJUB1ZLRdxE En bij deze .com-file zat inderdaad ook een .txt-bestand waarin diverse simpele schema's van D/A-converters stonden...

Ik had half jaren '90 zelfs een stereo variant gebouwd: twee R-2R ladders die aangestuurd werden vanuit twee 74LS374 8-bit latches. Diverse MOD-trackers konden daar prima mee overweg. Stereo geluid via de LPT-poort. Nostalgie inderdaad. Een DAC op de C64 heb ik nooit geprobeerd, maar aangezien ik mijn hele Commodore set weer uit het vet aan het halen ben (sinds kort ook met een originele 1581!), ga ik daar ook eens mee aan de slag.

De C64 heeft al een synth aan boord waarmee mod's zijn af te spelen. Wel gaaf dat je de PC versie stereo kon maken.

Nee. De C64 heeft wel een 3-stemminge analoge synthesizer, maar daar kun je geen MOD-files op afspelen. MOD-files werken met samples en daar kan de C64 niets mee. De "tracker" files voor de C64 werken zonder samples en zijn daarmee veel eenvoudiger.

Op zondag 9 maart 2025 13:29:00 schreef harry64:
Echter lijkt er het bekende/beruchte probleem te zijn dat de fets in de huidige opzet kortstondig beide in geleiding zijn wat tot hoge en waarschijnlijk zelfs destructieve stromen leidt.

Dat had ik ook al gezien, maar nog niet verteld. Niet alles tegelijk, bij deze dus ;) :
Is dat misschien op te lossen door HC buffers (die echt rail-to-rail kunnen driven) oid? Dan ben je daar vanaf. Wel ook voeden vanaf een gebufferde Vref * 2 of zo want onder de 3V zul je niet echt een device vinden wat fatsoenlijk werkt.
Kwa printoppervlak zal het ongeveer hetzelfde zijn (of minder) schat ik.

Is het eigenlijk geen mogelijkheid om een CD4016 of CD4066 te gebruiken als schakelend element? Zitten 4 schakelaars in elk IC, dus twee IC's geeft 8 bits....

Tsja, en de goeie ouwe SID! Attack, decay, sustain en release. Hoeveel uurtjes ik wel niet allerlei registers van SID 'gepoked' heb.... zucht.

Die stereo-DAC o.b.v. de 74LS374 klinkt ook heel bekend! Kan me dat ontwerp nog herinneren, maar heb het nooit gebouwd. Stereo vond ik overbodig, de hype niet waard. (en denk er eigenlijk tot op de dag van vandaag nog zo over, maar dat terzijde.)

Op maandag 10 maart 2025 09:09:30 schreef MNM(tm):
[...]
Ik had half jaren '90 zelfs een stereo variant gebouwd: twee R-2R ladders die aangestuurd werden vanuit twee 74LS374 8-bit latches. Diverse MOD-trackers konden daar prima mee overweg. Stereo geluid via de LPT-poort. Nostalgie inderdaad. Een DAC op de C64 heb ik nooit geprobeerd, maar aangezien ik mijn hele Commodore set weer uit het vet aan het halen ben (sinds kort ook met een originele 1581!), ga ik daar ook eens mee aan de slag.

Ja zoiets heb ik destijds ook gebouwd! Ontwerp kwam uit de PCM, als ik mij niet vergis. Zat wel een fout in het schema van de R2R-DAC: 1 weerstandswaarde klopte niet.

Ik heb dat bouwsel nog ergens in een doos op zolder liggen. Volgens mij was ik een jaar of 12 toen ik dat in elkaar geknutseld heb. Jaja, ik word ook oud.....

Op maandag 10 maart 2025 18:11:06 schreef nonius:
Is het eigenlijk geen mogelijkheid om een CD4016 of CD4066 te gebruiken als schakelend element?

De "ON"- weerstand is niet nul ohm. Als je niet goed oplet, dan introduceer je omzetfouten.

Op maandag 10 maart 2025 14:48:46 schreef MNM(tm):
Nee. ...werken met samples en daar kan de C64 niets mee.

Wil niet zeggen dat een standaard C64 geen samples kan afspelen, wel is waar maar 4-bits maar toch. :)

Op maandag 10 maart 2025 14:48:46 schreef MNM(tm):
Nee. De C64 heeft wel een 3-stemminge analoge synthesizer, maar daar kun je geen MOD-files op afspelen. MOD-files werken met samples en daar kan de C64 niets mee. De "tracker" files voor de C64 werken zonder samples en zijn daarmee veel eenvoudiger.

Dan ben ik gefopt geweest met de bestandextentie. :P

Op maandag 10 maart 2025 18:03:35 schreef henri62:
[...] Dat had ik ook al gezien, maar nog niet verteld. Niet alles tegelijk, bij deze dus ;) :
Is dat misschien op te lossen door HC buffers (die echt rail-to-rail kunnen driven zijn) oid? Dan ben je daar vanaf. Wel ook voeden vanaf een gebufferde Vref * 2 of zo want onder de 3V zul je niet echt een device vinden wat fatsoenlijk werkt.
Kwa printoppervlak zal het ongeveer hetzelfde zijn (of minder) schat ik.

Ik ga nog even kijken wat ik kan doen met een gate-serie-weerstand in combinatie met de gate capaciteit. Hoewel ik wel verwacht dat dit de snelheid wel ernstig gaat beperken.

Die HC buffer is ook nog een optie.

Op woensdag 12 maart 2025 00:50:40 schreef harry64:
[...]
Dan ben ik gefopt geweest met de bestandextentie. :P

Het Commodore disk file system kent maar 5 extensies: PRG, SEQ, USR, DEL & REL. ;)

Dat met de N en P mosfets wilde niet zo. Dus bij deze een open drain opzet. Ik heb er een teller aan gehangen voor sturing testen.

[Bericht gewijzigd door harry64 op (23%)]

Op maandag 10 maart 2025 18:12:24 schreef arnova:
[...]

Ja zoiets heb ik destijds ook gebouwd! Ontwerp kwam uit de PCM, als ik mij niet vergis. Zat wel een fout in het schema van de R2R-DAC: 1 weerstandswaarde klopte niet.

Bij het volledig ontmantelen van mijn werkkamer kwam ik het betreffende maandblad tegen in een lade die al zeker 12 jaar niet meer open is geweest. Momenteel is dat maandblad (tijdelijk) in een opbergkist opgeslagen in een box, maar komende week moet ik daar toch nog een keer naartoe en zal ik die mee terug naar huis nemen in inscannen.
Was me overigens niet bewust van die verkeerde weerstandswaarde: heb het ding exact zo opgebouwd als opgegeven en dat werkte prima!

Was dat toevallig dit artikel uit Computer!Totaal? December, waarschijnlijk 1992 (het jaartal is weggevallen op mijn kopieën), zie bijlage. (het complete tijdschrift kopen was véél te duur! Een kopietje uit de bibliotheek was al duur genoeg voor een arme student)

Ik heb het ontwerp echter nooit nagebouwd, ik vond stereo overbodige luxe. Ben wel benieuwd welke weerstandswaarde nu precies fout is, dan corrigeer ik dat nog even op het schema, 32 jaar na dato.

Wat ik me nog wel herinner is m'n gefoeter op het print-ontwerp; dergelijke printontwerpjes, met zulke grote gaten in de soldeereilandjes, kreeg ik nooit goed geëtst. Had het proces van belichten/ontwikkelen/etsen nog niet helemaal onder de knie in die tijd.

Wèl heb ik de audio-recorder gebouwd, die in september 1993 gepubliceerd was. Werkte goed. Had ik simpelweg gebouwd op gaatjesprint.

Wat me net nog wel even een glimlach bezorgde: in dezelfde map met oude, 'belangrijke' computerinfo kwam ik ook nog een met een dot-matrix printer geprinte uitdraai (in glorious 9-naalds 'NLQ' op kettingpapier) tegen van alle toetsfuncties in WordPerfect 4.2....

Waarom voel ik me nu plots zo oud? ;)

Leuk, zo een parallele poort adc maakte ik ook ooit, maar ik had thuis geen geschikte computer / software. Ik geloof niet dat hij er nog is.

Vorig jaar maakte ik een paar R2R adc's met 4k99 1% weerstanden van Ti voor mijn relais klok met analoge uitlezing.

Voorbij acht bits zullen wel betere weerstanden en overeenkomstig strakke aansturing nodig zijn. Vermoedelijk een de reden dat voor hoge resoluties andere technologie toegepast wordt.

Off-topic, maar kan ik op het forum meer terugvinden over die relaisklok van u? Loop al een tijdje met het idee rond om ´ooit' nog eens een relaisklok te bouwen, met relais als binaire tellers.

Uitlezing met analoge meetinstrumenten, aangestuurd vanuit een DAC, had ik nog niet aan gedacht.... Dat geeft in elk geval wel iets minder hoofdrekenwerk bij het aflezen van de tijd :)

https://www.youtube.com/watch?v=1it3kjIgocc

[Edit: dank voor de extra informatie hieronder, Aart!]

Het forum was de inspiratie, maar de klok is hier beschreven: https://www.aartsite.nl/2024/02/11/relais-klok/

(Als iemand er letterlijk naar vraagt vind ik dat een link naar de eigen blog redelijk is. Ik verdien er niets mee, het kost enkel geld ;)