DSP1701_3WCRSV - trójdrożna, cyfrowa, stereofoniczna zwrotnica głośnikowa

DSP1701_3WCRSV - trójdrożna, cyfrowa, stereofoniczna zwrotnica głośnikowa
Pobierz PDF Download icon
Dobre elementy bierne zwrotnic głośnikowych są koszmarnie drogie, natomiast dobór i strojenie zespołu filtrów wymaga wielu prób. Dlaczego więc nie skorzystać ze zdobyczy nowoczesnej techniki i nie użyć procesora DSP? Dlaczego żmudnie stroić filtry zamiast przejść w "domenę cyfrową" i nie sprawdzić efektów poprzez aplikacji wykonanej za pomocą Sigma Studio? Prezentowany projekt urządzenia używa układu ADAU1701 do realizacji 3-drożnej zwrotnicy stereofonicznej przeznaczonej do wbudowania w aktywny zestaw głośnikowy. Rekomendacje: zwrotnica może przydać się w wielu zastosowaniach, nie tylko do budowy zestawu głośnikowego. Jest też dobrym przykładem zastosowania popularnego, łatwego w użyciu procesora DSP do wykonania zespołu filtrów aktywnych.

Rysunek 1. Schemat ideowy płytki zwrotnicy DSP1701_3WCRSV

Schemat ideowy płytki zwrotnicy pokazano na rysunku 1. Jej sercem jest procesor ADAU1701 (U1) z rodziny SigmaDSP oferowanej przez Analog Devices. Rolą procesora jest:

  • Konwersja wejściowego sygnału stereofonicznego (48 kHz/16 bitów) doprowadzonego do złącza IN.
  • Podział na trzy pasma LOW/MID/HIGH za pomocą zwrotnicy LR24.
  • Realizacja minimalnych opóźnień torów LOW/MID, aby wyrównać fazy akustyczne (zależne od konstrukcji zestawu)
  • Wspólna regulacja głośności wszystkich sześciu kanałów wyjściowych.

Schemat aplikacji zwrotnicy pokazano na rysunku 2. Ze względu na dostępne tylko cztery wbudowane w ADAU1701 kanały C/A w aplikacji zastosowano zewnętrzny przetwornik C/A. Wybrałem popularny, łatwo dostępny, sześciokanałowy WM8766 (U6) firmy Wolfson.

Rysunek 2. Aplikacja zwrotnicy

Jest to typowy przetwornik 192 kS/24 bity stosowany w odtwarzaczach DVD i amplitunerach kina domowego. Schemat blokowy układu WM8766 zamieszczono na rysunku 3. Wewnętrzne przetworniki ADAU1701 w celu minimalizacji zakłóceń i poboru prądu są wyłączone programowo. Komunikacja pomiędzy procesorem sygnałowym a WM wykorzystuje 3-kanałowy interfejs I²S (MLCK/LRCK/BCLK SD0...2).

Ze generowanie sygnału zegara taktującego procesor ADAU odpowiada oscylator z rezonatorem kwarcowym XT o częstotliwości 12,288 MHz. Sinusoidalny sygnał oscylatora jest buforowany i formowany poprzez bramkę Schmitta U5 i używany jako sygnał MCLK dla filtrów cyfrowych i interfejsu WM8766. Układ przetwornika C/A uzupełniają elementy bierne tworzące sześć filtrów dolnoprzepustowych usuwających z sygnału wyjściowego niepożądane składowe będące wynikiem przetwarzania C/A.

Rysunek 3. Schemat blokowy układu WM8766

Układ zwrotnicy jest zasilany z transformatora 7 V/0,2 A poprzez mostek prostowniczy i dwa niskoszumne stabilizatory ADP3339. Układ U8 dostarcza napięcie +5 V do zasilania obwodów analogowych przetwornikca C/A (wyższe napięcie polepsza stosunek sygnał/szum przetwornika C/A w porównaniu do możliwego zasilania z 3,3 V).

Kolejny stabilizator - U9 - zasila procesor DSP. Zasilanie przetwornika C/A jest dodatkowo filtrowane poprzez dławik L2, rezystor R26 i kondensatory CE6, CE8, C16 oraz C18. Napięcie 1,8 V zasilające rdzeń DSP jest uzyskiwane w typowym układzie stabilizatora opartym z tranzystorem Q1. Odpowiednie potencjały zasilania są filtrowane za pomocą kondensatorów.

Pamięć U3 typu 24LC256 przechowuje aplikację oraz parametry ADAU. Zwora WP zabezpiecza pamięć przed przypadkowym zapisem - powinna być zdjęta podczas normalnej pracy i zwarta przy programowaniu pamięci EEPROM.

Aplikację uzupełniają układy: U2 (ADM811) służący do generowania sygnału zerowania oraz U4 (MAX810) odpowiedzialny za wygenerowanie sygnału zapisu zwrotnego parametrów (ADAU1701 - WB) podczas wyłączenia zasilania.

Rysunek 4. Schemat montażowy zwrotnicy DSP1701_3WCRSV

Płytka jest wyposażona w trzy zwory M0...M2 umożliwiające eksperymenty z różnymi mnożnikami PLL i rozdzielczościami ułatwiając pracą z innymi częstotliwościami i rozdzielczościami próbkowania A/C. Do złącza VOL należy dołączyć potencjometr liniowy o rezystancji 10...47 kΩ, służący do jednoczesnego regulowania głośności wszystkich kanałów. Złącze USBi służy do przyłączenia programatora.

Schemat aplikacyjny zwrotnicy jest oczywisty i nie wymaga dłuższego opisu. Do złącza PWR należy doprowadzić napięcie z transformatora 7 V/0,2 A, do IN stereofoniczny sygnał wejściowy, a do złącz OUTB, OUTM i OUTH odpowiednie, pasmowe końcówki mocy. Do złącza VOL potencjometr 22 kΩ do regulowania głośności. Domyślne położenie zwór to M0 - GND, M1 i M2 - V33 ustawiające przetwarzanie 48 kHz/16 bit.

Wykaz elementów

Rezystory: (SMD 0805, 1%)
R1: 18,2 kΩ
R2, R3: 8,06 kΩ
R4: 1 kΩ
R5...R7: 2,2 kΩ
R8: 10 kΩ
R9: 20 kΩ
R10, R11, R15, R16, R19, R20, R23, R24: 470 Ω
R12, R13: 100 Ω
R14, R17, R18, R21, R22, R25: 18 kΩ
R26: 33 Ω

Kondensatory: (SMD 0805)
C1...C4, C9, C10, C14...C20, C30: 0,1 µF
C5, C6: 22 pF
C7, C21...C26: 3,3 nF
C8: 56 nF
C11...C13, C27...C29: 10 µF
CE1, CE2, CE11...CE16: 10 µF (elektrolit.)
CE3...CE10, CE17: 10 µF (SMD "A")
CE18, CE19: 470 µF/16 V (elektrolit. LOW ESR)

Półprzewodniki:
D1...D4: SUF4007 (MELF)
Q1: BC807-40 (SOT-23)
U1: ADAU1701 (VQFP48)
U2: ADM811 (SOT-143)
U3: 24LC256 (SO-8)
U4: MAX810LD (SOT-23)
U5: 74V1G14 (SC70-5)
U6: WM8766 (SSOP28)
U7: ADP3339-33 (SOT-223)
U8: ADP3339-50 (SOT-223)

Inne:
IN: złącze ARK 5 mm
L1, L2: 1 mH (SMD 0805)
M0...M2: zwora (SMD 0805)
OUTB, OUTH, OUTM: złącze ARK3 5 mm
PWR: złącze ARK2 5 mm
USBI: złącze IDC10
VOL: złącze kompletne SIP3 + potencjometr 22 kΩ/A
WP: zwora SIP2
XT: rezonator kwarcowy 12,288 MHz (HC49S)

Montaż i uruchomienie

Moduł zwrotnicy zmontowano na niewielkiej, dwustronnej płytce drukowanej. Jej schemat montażowy pokazano na rysunku 4. Montaż jest typowy i nie wymaga opisu.

Uruchomienie modułu sprowadza się do pomiaru napięć zasilających i obecności zegara MCLK. Poprawnie zlutowany i skonfigurowany moduł gotowy jest do oprogramowania przy pomocy Sigma Studio. W materiałach dodatkowych udostępniony jest przykładowy projekt możliwy do modyfikacji i dostosowaniu do własnych potrzeb.

Rysunek 5. Konfiguracja EEPROM (24FC256)

Rysunek 6. Konfiguracja systemu zwrotnicy

Po uruchomieniu SigmaStudio i odczytaniu przykładowego projektu jest konieczna konfiguracja sprzętowa ADAU1701. W nowszych wersjach oprogramowania musimy także ustalić organizację pamięci EEPROM. W tym celu klikamy prawym przyciskiem myszy na ikonę IC2 i wybieramy opcję "Właściwości". Ustawiamy parametry zgodnie z organizacją zastosowanej pamięci - konfigurację dla popularnego układu 24FC256 zamieszczono na rysunku 5.

Po podłączeniu programatora USBi ustalamy konfigurację wewnętrzną ADAU1701 zgodnie z rysunkiem 6. (należy pamiętać o zwarciu zwory WP). Zgodnie z projektem wyłączamy i wyciszamy przetworniki C/A, aktywujemy interfejsy szeregowe, konfigurujemy interfejs I²S, wyprowadzony na GPIO (nóżki 6, 7, 8, 10, 11) oraz aktywujemy wewnętrzny przetwornik C/A na wyprowadzeniu MP2 (regulacja głośności). Po zapisaniu konfiguracji ADAU przełączamy się na okno aplikacji konfigurując zwrotnice zgodnie z własnymi potrzebami. Konfigurację pokazano na rysunku 7.

Rysunek 7. Konfiguracja sprzętowa ADAU1701

Rysunek 8. Konfiguracja zwrotnicy modelu

Jeżeli zwrotnica jest włączona w tor audio, możliwe jest bezpośrednie odsłuchanie efektów zmian konfiguracji. W wypadku, gdy posiadamy system pomiarowy jest możliwe skorygowanie przebiegu charakterystyki częstotliwościowej przy wykorzystaniu danych pomiarowych i bloku MLSSA.

W wypadku zastosowania DSP banalnie proste jest usuwanie wszelkich ostrych nierównomierności, takich jak zanik, szpilka na charakterystyce częstotliwościowej i inne. Wystarczy tylko dodać odpowiedni człon filtru z biblioteki gotowych modułów Sigma Studio w wypadku typowych filtrów opartych z elementów R, L, C, korygowanie charakterystyki nie jest już tak trywialne. Po zaprogramowaniu moduł można podać testom w aplikacji.

Po upływie kilku miesięcy od pierwszego artykułu opublikowanego w Elektronice Praktycznej o rodzinie Sigma DSP, a może i nawet dzięki tym artykułom, znaczącemu obniżeniu uległa cena programatora USBi - firma Analog Devices obniżyła jego cenę z początkowych 190 USD do 80 USD, co jest łatwiejsze do zaakceptowania i umożliwia zastosowanie tych bardzo ciekawych nie tylko przez profesjonalistów, ale również przez hobbystów realizujących jednostkowe projekty wykonane dla własnych potrzeb.

Adam Tatuś, EP

Artykuł ukazał się w
Maj 2015
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Materiały dodatkowe

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik wrzesień 2021

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio wrzesień - październik 2021

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka Podzespoły Aplikacje wrzesień 2021

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna wrzesień 2021

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich wrzesień 2021

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów