Pico DSP - zestaw ewaluacyjny i moduł z procesorem audio DSP

Czwartek, 13 Lipiec 2017

Na łamach EP opisywano procesory DSP z rodziny Sigma, które dzięki graficznemu interfejsowi użytkownika ułatwiają realizację nawet bardzo złożonych algorytmów obróbki dźwięku. Omawiano urządzenie DSP z ADAU1701, DSP "Mega" z ADAU1442, jednak współcześnie wiele aplikacji DSP dotyczy urządzeń mobilnych i przydałby się układ o nieco mniejszych możliwościach obliczeniowych, ale o prostszej aplikacji i mniejszym poborze mocy. Mamy nadzieję, że opisywany PicoDSP z ADAU1772 spełni te wymagania. Rekomendacje: zestaw umożliwia zapoznanie się z możliwościami procesora ADAU1772 oraz jego praktyczne zastosowanie w sprzęcie audio.

Układ ADAU1772 jest systemem audio typu SoC i integruje nie tylko rdzeń DSP, ale także kodek audio oraz pomocnicze układy peryferyjne. Jest przeznaczony do aplikacji mobilnych, w których umożliwia podstawową obróbkę sygnału audio, to jest: jak korekcja pasma przenoszenia, filtracja, miksowanie oraz ograniczanie poziomu. Może znaleźć zastosowanie w głośnikach bezprzewodowych, słuchawkach Bluetooth, telefonach lub odtwarzaczach przenośnych spełniając szczególnie ważny wymóg niewielkiej zajmowanej powierzchni, minimalnego poboru energii i niskiego kosztu aplikacji. Są to parametry nieosiągalne dla „klasycznych” aplikacji analogowych. Układ zastępuje od kilku do kilkunastu wzmacniaczy operacyjnych i towarzyszące im komponenty bierne.

Podstawowe cechy procesora ADAU1772:

- Obróbka sygnału z fs do 192 kHz.
- 4 24-bitowe przetworniki A/C, 2 24-bitowe przetworniki C/A.
- Tor audio o małej latencji.
- Wbudowane obwody polaryzacji mikrofonów elektretowych.
- Wbudowany driver dla słuchawek o małej rezystancji (do 30 mW/16 V).
- 4 bloki wzmacniacza PGA o programowym wzmocnieniu w torze A/C.
- Interfejs dwukierunkowy I²S, TDM.
- Współpraca z mikrofonami z interfejsem cyfrowym.
- Wbudowany modulator PDM dla wzmacniaczy cyfrowych.
- Konfigurowanelne 7 linii GPIO.
- Tryb Selfboot umożliwiający pracę bez zewnętrznego mikrokontrolera.
- Napięcie zasilania 1,8…3,3 V, mały pobór mocy (poniżej 50 mW).
- Łatwe programowanie w środowisku graficznym Sigma Studio (od wersji 3.14).

Moduł PicoDSP, którego schemat ideowy pokazano na rysunku 1, jest przewidziany jest jako moduł funkcjonalny włączany szeregowo w tor audio i służący do korekcji sygnału o poziomie liniowym (niższe poziomy można wzmocnić w PGA wbudowanym w DSP). Moduł ma jedno niesymetryczne wejście i wyjście stereofoniczne. Dla celu uproszczenia aplikacji jest pozbawiony elementów manipulacyjnych, takich jak potencjometry, przyciski czy enkodery. Program i konfiguracja są przechowywane w pamięci nieulotnej EEPROM, a do zasilania wystarczy akumulator litowo – polimerowy dostarczający napięcie 4,2 V lub zestaw trzech baterii „paluszków” LR6.

Sercem płytki jest procesora ADAU1772 (U1) i współpracująca z nim pamięć z interfejsem I²C typu 24C32 (U2). Po konfiguracji trybu Selfboot układ może pracować samodzielnie bez procesora nadzorującego (wyciągnięta zwora SB).

Układ zasilania zawiera stabilizator typu ADP160AUJZ-3.3 (U3) umożliwiający zasilanie zestawu ze źródła napięcia stałego 3,5…5,5 V.

Moduł ma jedno stereofoniczne gniazdo wejściowe IN i wyjściowe OUT w standardzie „Jack 3,5 mm”. Dla wygody, sygnały ze złącz są doprowadzone do listew SIP: INA, OUTA. Kondensatory C15…C18 separują wejścia i wyjścia od składowej stałej z DSP. Taktowanie DSP zapewnia wbudowany generator współpracujący z kwarcem XT 12,288 MHz. Rezystory R8 i R9 zasilają linie interfejsu I²C.

Układ jest programowany i konfigurowany identycznie, jak pozostałe procesory Sigma DSP – poprzez interfejs USBi dołączony do złącza USBI. Programator zapewnia także zasilania na czas testowania aplikacji. W module docelowym zasilanie VUSB (3,5…5,5 V) musi być doprowadzone do pinów 4 i 10 złącza USBI.

Układ zmontowano jest na niewielkiej, dwustronnej płytce drukowanej, której schemat montażowy pokazano na rysunku 2. Podczas montażu należy zadbać o poprawne przylutowanie pada termicznego procesora DSP oraz o zastosowanie gniazd IN/OUT najwygodniejszych dla aplikacji docelowej. Dla osób mających awersję do wykonywania obudów, mam dobrą wiadomość: PicoDSP mieści się w pudełku od zapałek lub w pojemniku po pewnych cukierkach, po których podobno się nie tyje.

Do programowania, a raczej konfigurowania układu ADAU1772 służy SigmaStudio w wersji od 3.14. To oprogramowanie jest udostępnione za darmo – wymaga jedynie rejestracji na stronie producenta. Jest to środowisko graficzne, w którym „rysujemy” schemat funkcjonalny urządzenia z gotowych, parametryzowanych bloków oraz określamy konfigurację sprzętową procesora.

Po poprawnym zainstalowaniu oprogramowania i sterowników USBi jest możliwe rozpoczęcie pracy z modułem PicoDSP. Po skonfigurowaniu układu i pamięci (rysunek 3) konieczne jest przejście od konfiguracji DSP zgodnie z rysunkami 4…8 do „narysowania” aplikacji, jak na rysunku 9 oraz zaprogramowania pamięci EEPROM (zwora SB zwarta) zgodnie z rysunkiem 10. Po zaprogramowaniu, wyłączeniu zasilania, zdjęciu zwory SBT i podaniu zewnętrznego zasilania, procesor DSP realizuje funkcje już bez pomocy USBi i środowiska Sigma Studio.