Głośnik aktywny z filtrem DSP

Transkrypt

1 Głośnik aktywny z filtrem DSP Tym razem przedstawiam projekt audio, ale zdecydowanie nie dla audiofilów, którzy na widok korekt, jakim jest poddawany sygnał, narażeni by byli co najmniej na atak serca... Opisywany projekt to aktywny głośnik z regulowanym filtrem pasmowo przepustowym DSP, przeznaczony do torów odbiorczych amatorskich odbiorników KF. Dzięki dużej stromości zboczy, kilku częstotliwościom odcięcia oraz wbudowanemu kompresorowi-limiterowi, układ pozwala zwiększyć zrozumiałość odbieranych sygnałów SSB/AM/FM. Rekomendacje: urządzenie jest przeznaczone do zastosowania w amatorskich odbiornikach krótkofalarskich. DODATKOWE MATERIAŁY DO POBRANIA ZE STRONY: W ofercie AVT* AVT- Podstawowe informacje: ynapięcie zasilające,6, V/0 ma. yzasilanie z zestawu baterii LiPo lub NiMH. yprocesor sygnałowy ADAU70. ywzmacniacz głośnikowy z układem SSM0, słuchawkowy z AD8. Projekty pokrewne na AVT-8 AVT- AVT-0 AVT-0 AVT-687 Trójdrożna zwrotnica aktywna (EP /06) DSP70_SUB cyfrowy filtr do subwoofera aktywnego (EP 0/0) DSP70_WCRSV trójdrożna cyfrowa stereofoniczna zwrotnica głośnikowa (EP /0) Dwudrożna zwrotnica aktywna (EP 7/0) Filtr do subwoofera (EP 8/0) * Uwaga! Elektroniczne zestawy do samodzielnego montażu. Wymagana umiejętność lutowania! Podstawową wersją zestawu jest wersja [B] nazywana potocznie KITem (z ang. zestaw). Zestaw w wersji [B] zawiera elementy elektroniczne (w tym [UK] jeśli występuje w projekcie), które należy samodzielnie wlutować w dołączoną płytkę drukowaną (PCB). Wykaz elementów znajduje się w dokumentacji, która jest podlinkowana w opisie kitu. Mając na uwadze różne potrzeby naszych klientów, oferujemy dodatkowe wersje: wersja [C] zmontowany, uruchomiony i przetestowany zestaw [B] (elementy wlutowane w płytkę PCB) wersja [A] płytka drukowana bez elementów i dokumentacja Kity w których występuje układ scalony wymagający zaprogramowania, posiadają następujące dodatkowe wersje: wersja [A] płytka drukowana [A] zaprogramowany układ [UK] i dokumentacja wersja [UK] zaprogramowany układ Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! W urządzeniu zastosowano procesor sygnałowy z rodziny Sigma DSP typu ADAU70. Niezależny tor wzmacniający jest oparty na wzmacniaczu SSM0 dla głośnika oraz AD8 dla słuchawek. Układ może być zasilany napięciem,6, V, co umożliwia zasilanie stacjonarne z ładowarki/zasilacza V lub przenośne, z zespołu baterii lub akumulatorów NiMH lub LiPo. Schemat płytki filtra DSP_FPP pokazano na rysunku. Sercem urządzenia jest wspomniany wcześniej ADAU70 (U) z rodziny procesorów SigmaDSP oferowanej przez Analog Devices. Jego rolą jest obróbka wejściowego sygnału (8 khz/6 bit) doprowadzonego do zacisku złącza SIG. Poziom sygnału wejściowego jest regulowany potencjometrem. Przełącznik BYP służy do ominięcia filtra DSP oraz jednoczesnego wyłączenia zasilania, co jest szczególnie istotne przy zasilaniu bateryjnym. Do konwersji sygnału audio na postać cyfrową służą przetworniki wbudowane w ADAU70. Odfiltrowany sygnał wyjściowy jest doprowadzony do zacisku złącza SIG. Ze generowanie sygnału zegara taktującego odpowiada oscylator na rezonatorze kwarcowym XT (,88 MHz). Poprawny restart układu po włączeniu zasilania zapewnia U (ADM8T). Program jest przechowywany w pamięci U typu LC6. Zasilanie, V układu DSP_FPP jest stabilizowane za pomocą stabilizatora LDO typu ADP8 (U), wymagającym do poprawnej pracy tylko 0, V różnicy pomiędzy wejściem a wyjściem. Zasilanie jest pobierane przez złącze z płytki wzmacniacza lub w przypadku pracy samodzielnej z zewnętrznego źródła,6, V/0 ma. Dioda LD sygnalizuje obecność napięcia zasilania. Do zmiany częstotliwości filtrów służą przełączniki obrotowe HF/LF podłączone do wyprowadzeń GPIO U. Złącze USBi służy do zaprogramowania pamięci programu U (programator USBI). Schemat płytki wzmacniacza DSP_PA pokazano na rysunku. Sygnał ze złącza jest doprowadzony do potencjometru LEV ustalającego poziom głośności, a stąd do wzmacniaczy słuchawkowego U i mocy U. Jako wzmacniacz słuchawkowy pracuje niskonapięciowy wzmacniacz operacyjny

2 SIG RES R 00k CE 00uF OUT C9 0uF C6 0.uF U LD OUT B 0kA ADM8T GND VCC!RESET!MR B ADJ V MR U ADP8- VI VO VO R6 k7 BYP PS909L A C A C C7 0.uF V C0 0uF R 8k R 8k C 0.uF RES V R 00k CE 0uFT C 0.uF L L C 0.uF C 0uF AGND ADC0 ADCRES ADC!RESET 6 SELFBOOT 7 ADDR0 8 MP/LRCKI 9 MP/BCLKI 0 MP/SDI MP0/SDI0 DGND V CE 0uFT C 0nF Q BC807-0 C 0.uF R 60R U ADAU70 C 0.uF C6 0.uF C8 0.uF C0 0.uF AVDD FILTA VOUT0 VOUT VOUT VOUT AGND FLITD CM PLLM PLLM0 AGND DVDD MP7/SDO MP6/SDO0 6 MP0/LRCKO 7 VDRIVE 8 IOVDD 9 MP/BLCKO 0 ADDR/CDATA/WB CLT/WP SDA/COUT SCL/CCKL DVDD R7 k C7 0uF C9 0uF V8 VA AVDD 6 PLLLF PVDD PGND MCLKI OSCO RSVD 0 SDI/MP 9 SDI/MP 8 SDO/MP8 7 SDO/MP9 6 DGND C 0.uF WP CE 0uFT V WP SCL SDA C 6nF VP FB R9 7R H H H L RA RA 8 RB RB 7 RC RC 6 RD RD RP k7 V V V V C.nF R8 00R C pf U LC6 8 VCC A0 7 WP A 6 SCL A SDA GND RP k7 RD RD RC RC 6 RB RB 7 RA RA 8 RP k7 RD RD RC RC 6 RB RB 7 RA RA 8 FB C 0.uF XT.88MHz C8 V 0.uF V C pf H H H L L L HF B B CB B B SR00 B B B B SCL SDA LF SR00 USBI CB MR Rysunek. Schemat ideowy płytki DSP_FPP C 0.uF LEV 0kA R 7k C 0.uF C 0uF R 7k LD R 7k R R C 0.uF U AD8ART OUT V V R6 k7 C 0uF CE 7uF FB R k7 HP FB PA ACCU A C A C ON B B CE 7uF C9 0.uF PWO C8 0.uF U SSM0RMZ!SD OUT 8 NC GND 7 VDD 6 OUT SPK C6 0.uF C7 0uF CE 7uF PS909L Rysunek. Schemat ideowy płytki wzmacniacza DSP_PA

3 C M Y CM MY CY CMY K rys.pdf :7:6 Głośnik aktywny z filtrem DSP AD8 o zwiększonym prądzie wyjściowym. Rezystor R zabezpiecza go przed przeciążeniem w przypadku zwarcia w kablu lub gnieździe słuchawkowym. Słuchawki są dołączane do typowego gniazda HP Mini Jack, mm. Jako wzmacniacz głośnikowy Wykaz elementów: Płytka DSP_FPP Rezystory: (SMD 080, %) R, R: 00 kv R: 60 V R, R: 8 kv R6:,7 kv R7: kv R8: 00 V R9: 7 V RP RP:,7 kv (drabinka rez. CRA06S08) : 0 kv (PTD90, pot. log -00 kv/a) Kondensatory: (SMD 080) C: 0 nf C, C, C, C6, C8, C0, C, C6 C8, C C: 00 nf C, C7, C9, C9, C0: 0 mf/0 V C: 6 nf C:, nf C, C: pf CE: 00 mf/0 V (elektrolit. D= mm) CE CE: 0 mf (SMD A ) Półprzewodniki: Q: BC807-0 (SOT-) U: ADM8T (SOT-) U: ADP8- (SOT-) U: ADAU70 (VQFP8) U: LC6 (SO8) LD: LED mm Inne: BYP: przełącznik z nakładką PS909L FB, FB: perełka ferrytowa 600 V/00 MHz/0 ma HF/LF: przełącznik obrotowy pozycje SR00 : złącze śrubowe DG8-.-, pin SIG: złącze śrubowe DG8-.-, pin USBI: złącze IDC0 WP: złącze SIP-, R= mm zwora XT: rezonator kwarcowy,88 MHz (HC9SMD, niski) Płytka DSP_PA Rezystory: (SMD 080, %) R R: 7 kv R: V/% (SMD 06) R, R6:,7 kv LEV: 0 kv/a (PTD90, pot. log -00 kv/a) Kondensatory: (SMD 080) C, C, C, C6, C8, C9: 00 nf C, C, C7: 0 mf/0 V CE CE: 7 mf/0 V (D= mm) Półprzewodniki: LD: LED mm U: AD8ART (SOT--) U: SSM0RMZ (MSOP8) Inne: ACCU: EH, złącze baterii FB, FB: perełka ferrytowa 600 V/00 MHz 0 ma HP: FC68, gniazdo słuchawkowe Mini Jack,, PWO, SPK: złącze śrubowe DG8-.-, pin ON: przełącznik PS909L z nakładką PA: złącze SIP- zwora DSP_FPP PUT SIG Rysunek. Połączenia płytek głośnika aktywnego Rysunek. Schemat montażowy płytki DSP_FPP DSP_PA PWO zastosowano niskonapięciowy wzmacniacz mocy pracujący w klasie D, typu SSM0 (U), który przy zasilaniu V może dostarczyć do -omowego głośnika moc ponad W. Głośnik jest przyłączany do złącza SPK. Zwora PA umożliwia odłączenie zasilania wzmacniacza mocy, gdy nie jest używany. Zasilanie układu jest pobierane ze złącz, gdy układ pracuje stacjonarnie lub z ACCU (złącze typu EH), gdy jest zasilany z akumulatora. Należy pamiętać, aby nie podłączać baterii lub akumulatora, gdy układ jest zasilany stacjonarnie. Wyłącznik ON wyłącza zasilanie całości układu (wzmacniacz DSP). Dioda świecąca LD sygnalizuje obecność zasilania. Złącze PWO służy do doprowadzenia zasilania płytki DSP_FPP. Schemat połączenia pomiędzy płytkami i elementami zewnętrznymi przedstawia rysunek. Montaż i uruchomienie Oba moduły zmontowane są na niewielkich dwustronnych płytkach drukowanych ich schematy montażowe pokazano na rysunkach i. Montaż jest typowy i nie wymaga opisywania. Otwory mocujące umożliwiają złożenie płytek w kanapki. Ze względu ACCU SPK HP V/A.-.V BATERIA/AKUMULATOR PODŁĄCZONA TYLKO PRZY ODŁĄCZONYM ZASILACZU W -8 Ohm Rysunek. Schemat montażowy płytki DSP_PA Rysunek 6. Konfiguracja systemu zwrotnicy na niewielki ciężar można je przykręcić do frontu obudowy za pomocą nakrętek przełączników i potencjometrów. Poprawnie zmontowane moduły nie wymagają uruchamiania. Moduł DSP_FPP wymaga zaprogramowania przy pomocy Sigma Studio. W materiałach dodatkowych udostępniony jest kompletny projekt możliwy do modyfikacji i dostosowaniu do własnych potrzeb. Programowanie procesora DSP Po uruchomieniu SigmaStudio odczytaniu projektu DSP_FppPrj.dspproj, konieczna jest konfiguracja sprzętowa ADAU70 i ustalenie

4 Rysunek 7. Konfiguracja EEPROM (LC6) Rysunek 8. Konfiguracja sprzętowa ADAU70 organizacji pamięci EEPROM. W tym celu klikamy prawym przyciskiem myszy na ikonę IC i wybieramy opcję właściwości. Ustawiamy parametry zgodnie z organizacją zastosowanej pamięci, dla LC6 konfigurację pokazano na rysunkach 6 i 7. Po przyłączeniu programatora USBi ustalamy konfigurację wewnętrzną ADAU zgodnie z rysunkiem 8 (należy pamiętać o zdjęciu zwory WP). Zgodnie z projektem wyłączamy przetworniki DAC DAC, wyłączamy interfejsy szeregowe, wyprowadzenia GPIO ustawiamy jako wejścia z tłumieniem zakłóceń Input GPIO Debounce z wyjątkiem MP8, które ustawiamy jako Input GPIO No Debounce (błąd w rdzeniu ADAU, ustawione inaczej nie będzie działać poprawnie) oraz aktywujemy wewnętrzny ADC. Po zapisaniu konfiguracji ADAU przełączamy się na okno aplikacji konfigurując filtr wg własnych potrzeb i zapisując program w pamięci EEPROM (zwarta zwora WP). Po opisie części sprzętowej najwyższy czas przejść do opisu aplikacji realizowanej przez DSP (rysunek 9). Sygnał wejściowy z ADC0 poprzez regulator poziomu i wskaźnik wysterowania (zastosowany tylko przy uruchomieniu do oceny poziomów wejściowych) jest doprowadzony do kompresora sygnału. Ze względu na znaczną elastyczność bloku funkcjonalnego, kompresor realizuje równocześnie funkcję bramki szumów, kompresora oraz limitera sygnału wg charakterystyki z rysunku 0. Sygnały o amplitudzie poniżej -60 db są wyciszane, powyżej -6db podlegają wzmocnieniu i obcięciu do amplitudy maksymalnej. Sygnały pośrednie wzmacniane są z dwoma wartościami wzmocnienia. Kompresor ma charakterystykę miękką, tj. poszczególne progi nie zmieniają skokowo wzmocnienia układu. Z wyjścia kompresora sygnał jest doprowadzony do bloku nieprzestrajanego filtru pasmowo przepustowego o paśmie 00 Hz 8 khz przydatnego przy

5 Głośnik aktywny z filtrem DSP Rysunek. Przykładowe charakterystyki modelu Rysunek 9. Aplikacja DSP_FPP odbiorze FM i kolejno na blok filtrów górno przepustowych i dolno przepustowych. Częstotliwości dobrane są arbitralnie i można y 00 Rysunek 0. Charakterystyka przejściowa kompresora je zmienić. Dla filtru górnoprzepustowego są to 00/00/700 Hz, dla dolnoprzepustowego /,/, khz. Poszczególne filtry połączone są kaskadowo, co dodatkowo zwiększa ich dobroć (rząd każdego bloku filtru to 0). Wyjście każdego bloku filtru wyprowadzone jest poprzez wzmacniacz o ustalanym wzmocnieniu (możliwa indywidualna 000 korekta odczuwalnego poziomu głośności). Za przełączanie filtrów odpowiadają multipleksery sterowane z wejść GPIO procesora ADAU70. Kolejność przełączania filtrów to dla (LF) górnoprzepustowego 00/00/00/700 Hz, a dla (HF) dolnoprzepustowego 8/,/,/ khz zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Odfiltrowany sygnał doprowadzony jest do przetwornika DAC0, a stąd do wzmacniacza mocy. Przykładowe charakterystyki przenoszenia DSP_FPP x 0000 uzyskane w aplikacji modelowej przedstawia rysunku. Najszersza charakterystyka odpowiada pasmu przenoszenia samej płytki wzmacniacza, gdzie dolne pasmo ograniczone jest tylko pojemnościami sprzęgającymi. Po zaprogramowaniu pamięci DSP_FPP można podać testom dostosowując nastawy kompresji i filtracji wg własnych preferencji, a po dołączeniu do transceivera próbować odebrać sygnały z drugiego końca świata! Adam Tatuś, EP