DSP1701_SUB cyfrowy filtr do subwoofera aktywnego

Transkrypt

1 AVT DSP70_SUB cyfrowy filtr do subwoofera aktywnego W artykule opisano projekt aktywnego filtru do subwoofera aktywnego wykonanego w oparciu o procesor DSP ADAU70 z rodziny SigmaDSP. Zastosowanie układu cyfrowego w roli filtra ułatwia kształtowanie charakterystyki przenoszenia, umożliwia modyfikowanie funkcjonalności oraz ułatwia dopasowanie do aplikacji docelowej. Rekomendacje: projekt dedykujemy wszystkim miłośnikom mocnego uderzenia. Na rysunku pokazano schemat ideowy cyfrowego filtra aktywnego do subwoofera. Sercem urządzenia jest procesor DSP typu ADAU70 (U) z rodziny SigmaDSP oferowanej przez Analog Devices. Wejściowy sygnał stereofoniczny z gniazda poprzez potencjometr LEV dopasowujący poziom sygnału wejściowego (czułość) jest doprowadzony jest do wejść przetwornika A/C procesora DSP. W razie potrzeby dołączenia filtru do wyjść wzmacniaczy mocy, należy użyć dodatkowego dzielnika rezystorowego dopasowanego do poziomu sygnału. Po obróbce cyfrowej, sygnał wyjściowy z wbudowanego przetwornika C/A, po odfiltrowaniu za pomocą filtra RC złożonego z rezystorów R R oraz kondensatorów C i C jest doprowadzony do gniazda wyjściowego. Sygnał dla ułatwienia wysterowania końcówek mostkowych jest symetryczny. Procesor DSP pracuje w trybie Selfboot pobierając program i dane z pamięci EEPROM (U) typu LC. Układ U zapewnia poprawny restart po włączeniu zasilania. Kwarc i elementy towarzyszące stanowią źródło sygnału zegarowego. Procesor pracuje z mnożnikiem fs ustalanym wyprowadzeniami PLLM0, PLLM. Kondensatory C, C i rezystor R9 stanowią obwód filtra PLL i muszą być elementami wysokostabilnymi (dielektryk NP0, %). Układ jest zasilany napięciem, V ze stabilizatora opartego o U typu LM7-.V. Do zasilania filtru jest konieczny niewielki transformator sieciowy 7, V, VA. Tranzystor Q jest elementem stabilizatora, V przeznaczonym do zasilania rdzenia DSP. Zmiany nastaw DSP realizowane są poprzez potencjometry FREQ, EQ, PHASE, VOL, których ustawienia odczytuje wbudowany, pomocniczy przetwornik A/C. Dodatkowo, urządzenie ma gniazdo USBi umożliwiające zaprogramowanie pamięci EEPROM w systemie. Zwora WP odblokowuje zapis do pamięci podczas programowania. W ofercie AVT* AVT- A Podstawowe informacje: Regulowana czułość. Aktywne mieszanie sygnałów stereofonicznych. Filtrowanie sygnałów podakustycznych (<0 Hz). Wybierana skokowo częstotliwość odcięcia (0,, 0, 00,, 0, 0, 00 Hz). Korekta podbicia częstotliwości (0,,, 0, 0,, 0 Hz). Możliwość zmiany fazy/opóźnienia sygnały wyjściowego 0 0 ms (0 Hz) z krokiem ms. Regulacja poziomu sygnału wyjściowego. Wyjście symetryczne dla sterowania końcówek mostkowych. Sygnalizacja możliwości przesterowania toru (- db). Automatyczne załączanie końcówki mocy (wyjście OC z optoizolacją). Dodatkowe materiały na FTP: ftp://ep.com.pl, user:, pass: aagtgj wzory płytek PCB Projekty pokrewne na FTP: (wymienione artykuły są w całości dostępne na FTP) AVT-0 DSP70_WCRSV trójdrożna cyfrowa stereofoniczna zwrotnica głośnikowa (EP /0) AVT-0 Dwudrożna zwrotnica aktywna (EP 7/0) AVT-7 Filtr do subwoofera (EP /0) AVT-99 Wzmacniacz stereofoniczny z subwooferem (EdW /0) * Uwaga: Zestawy AVT mogą występować w następujących wersjach: AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i wyłącznie. Bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana i zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A i wersji UK) bez elementów dodatkowych. AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymieniony w załączniku pdf AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wlutowane w PCB. Należy mieć na uwadze, że o ile nie zaznaczono wyraźnie w opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w załączniku pdf AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w link umieszczony w opisie kitu) Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A, B lub C). ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 0/0

2 DAC0 RES SCL MR MR ADC0 ADC RES VA V P OSCO WP SCL CE 00uF/0V C 0uF LM7-. DF0S V0 C 0uF CE9 70uF/V CE0 70uF/V LD V0 R V0 LD IS LTV7 Q BC7 V0 LD Q BC7 FREQ EQ PH VOL -7.V/0.A EXT FB PHASE 0kB EQ 0kB CE DAC U ADMT GND VCC!RESET!MR CE USBI C 0.uF C7 0uF C 0.uF C9 0uF C0 0.uF AVDD PLLLF PVDD PGND MCLKI OSCO RSVD SDI/MP SDI/MP SDO/MP SDO/MP9 DGND WP C7 0.uF C nf C 0.uF C.nF C 0uF C 0.uF C 0.uF C pf XT.9MHz C pf FREQ 0kB VOL 0kB RA RA RB RB RC RC RD RD AVDD FILTA V0 V V V AGND FLITD CM PLLM PLLM0 AGND U ADAU70 AGND ADC0 ADCRES ADC!RESET 7 SELFBOOT ADDR0 9 MP/LRCKI MP/BCLKI 0 MP/SDI MP0/SDI0 DGND DVDD MP7/SDO MP/SDO0 MP0/LRCKO 7 VDRIVE ID 9 MP/BLCKO 0 ADDR/CDATA/WB CLT/WP /C SCL/CCKL DVDD C9 0.uF C.nF CE 0uFT CE Q BC07-0 CE R k C 0.uF C.nF LEV ka 0% LEV R 00k C0 0.uF R 7k R 7k R k R7 k R k R 0R R 0R CE7 0uFT FB R9 7R U VO VI DC BR AC DC AC R k k R k CE 0uFT R k R k R0 00R C 0.uF ADJ RA RB RC RD RA RB RC RD 7 RP 00R 7 VCC WP SCL U LC A0 A A GND RP k Rysunek. Schemat ideowy płytki filtra do subwoofera DSP70_SUB ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 0/0

3 DSP70_SUB cyfrowy filtr do subwoofera aktywnego Diody LED sygnalizują stan pracy: załączenie zasilania LD-, załączenie wzmacniacza mocy LD- i przesterowanie LD-OVL. W obwód diody jest włączony transoptor IS, umożliwiający wysterowanie wejścia załączenia wzmacniacza mocy i zapewniający izolację galwaniczną. Tranzystory Q i Q buforują niskoprądowe wyjścia DSP. Oprogramowanie Najważniejsza jak to zwykle bywa przy zastosowaniu procesorów, także DSP jest aplikacja sterująca. Program cyfrowego filtru subwoofera został przygotowany w Sigma Studio i jest dostępny w materiałach źródłowych (np. w celach edukacyjnych lub dla ułatwienia dopasowania aplikacji do własnych potrzeb). Schemat filtru jest narysowany w postaci hierarchicznej, co ułatwia obserwowanie przepływu sygnału (rysunek ). Sygnał wejściowy po konwersji A/C jest doprowadzony do bloku Mixer. Jest on odpowiedzialny za zsumowanie sygnałów kanału lewego i prawego oraz zapewnienie skalowania sygnału Wykaz elementów Rezystory: (SMD 00) R, R: 7 kv /% R, R: 0 V/% R R7, R, R: kv/% R: 00 kv R9: 7 V/% R0: 00 V R: kv R, R, R:, kv RP:, kv (drabinka SMD CRA0S0) RP: 00 V (drabinka SMD CRA0S0) EQ, FREQ, PHASE, LEV: 0 kv/a (pot. liniowy, monofon., obrotowy) LEV: 0 kv/c (pot. obrotowy, stereofon., logarytmiczny) Kondensatory: (SMD 00) C, C:, nf (NP0) C, C, C, C, C0, C, C C0: 00 nf C, C7, C9, C, C: 0 mf C: nf (NP0) C:, nf (NP0) C, C: pf (NP0) CE CE: 7 mf (elektrolit. R=,) CE CE7: 0 mf (SMD A ) CE: 00 mf/0 V (elektrolit. R=,) CE9, CE0: mf/ V (elektrolit. R=) Półprzewodniki: BR: DF0S mostek prostowniczy IS: LTV7 LD LD: LED mm Q: BC07-0 (SOT-) Q, Q: BC7 (SOT-) U: ADAU70 (VQFP) U: ADMT (SOT-) U: LC (SO-) U: LM7-. TO-0H Układ scalony Inne: EXT, : złącze ARK mm FB, FB: perełka ferrytowa 00R/00, : złącze ARK mm USBI: złącze IDC0 WP: złącze SIPzwora XT: kwarcowy,9 MHz (HC9SMD) Rysunek. Aplikacja filtru subwoofera wyjściowego, aby zapobiec przesterowaniu toru cyfrowego. Po zsumowaniu sygnał jest doprowadzany do bloków filtru częstotliwości podakustycznych oraz do bloku pomocniczego detektora sygnału Lev_Detector. Schemat bloku detektora przedstawia rysunek. Po odfiltrowaniu składowej stałej, co jest konieczne dla poprawnego działania bloków detektora poziomu, sygnał z wejścia B-In jest doprowadzony do dwóch detektorów poziomu. Pierwszy,, jest odpowiedzialny za wypracowanie sygnału załączenia wzmacniacza mocy. Jeżeli amplituda sygnału wejściowego jest niższa niż -0 db przez dłużej niż 0 sekund, wyjście GPIO0 jest wyciszane. Podobnie działa blok OVL, który służy do sygnalizacji możliwości przesterowania toru. Jeżeli sygnał przekracza poziom - db przez więcej niż sekundy, to jest aktywowane wyjście GPIO. Oba wyjścia mają aktywną inwersję sprzętową sygnału (rysunek ). Filtr częstotliwości podakustycznych (rysunek ) odpowiada za obcięcie z sygnału częstotliwości poniżej 0 Hz, które nie niosą już informacji muzycznych, a stanowią realne zagrożenie dla zawieszenia głośnika i cewki głośnika niskotonowego. Tak przygotowany sygnał jest doprowadzony do bloku regulowanego filtra dolnoprzepustowego Sub_LFP (rysunek ). Rysunek. Schemat bloku Lev_Detector Rysunek. Inwersja sprzętowa wyjść GPIO0, Rysunek. Filtr podakustyczny Filtr oparty jest o blok konfigurowalnego, sterowanego indeksem filtra uniwersalnego. Wyborem charakterystyki steruje indeks doprowadzony do wejścia LFP_Sel. Indeks wypracowany jest poprzez mapowanie zakresu ADC GPIO (ADC) na indeks 0-7, przy wykorzystaniu bloku DC i mnożarki. Umożliwia to wybór charakterystyki poprzez odpowiednie ustawienie potencjometru (FREQ), analogicznie jak w rozwiązaniach analogowych. Po filtracji dolnoprzepustowej sygnał jest doprowadzony do bloku korekcji Sub_EQ (rysunek ). Umożliwia on selektywne podbicie określonej nastawą ADC (potencjometr EQ) częstotliwości. Dzięki korekcji można zrealizować aktywne rozszerzenie pasma przenoszenia głośnika dla niskich częstotliwości. Pierwszy indeks ustawia pominięcie korekcji (potencjometr EQ, skręcony na minimum). Do filtrów wprowadzona jest korekta wzmocnienia toru - db, czyli wynikowo, nie jest podbijana dana częstotliwość, a osłabiane są pozostałe, aby nie dopuszczać do przesterowania toru po korekcji. Przy używaniu korekcji należy zwrócić uwagę na zakres liniowej pracy głośnika, aby nie przeciążyć go mechanicznie. Jest to szczególnie istotne w obudowach BP, gdzie nie ma czasem dostępu do głośnika i możliwości obserwacji jego wychylenia. Kolejnym blokiem toru jest konfigurowany przesuwnik fazowy pokazano go na rysunku. Dla realizacji przesunięcia fazowego użyto bloku regulowanego opóźnienia VC_delay. Jest to linia opóźniająca REKLAMA ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 0/0

4 Rysunek. Filtr Sub_LFP Rysunek 7. Blok korekcji Sub_EQ sygnał wyjściowy o określoną liczbę próbek, definiowaną poprzez stałe wartości (dla każdego odczepu), a wybieraną przez odpowiednią wartość indeksu sterującego. Blok jest sterowany z ADC (potencjometr PHASE). Opóźnienia są regulowane z krokiem ms w zakresie 0 0 ms, co dopowiada zmianie fazy 0 0 dla częstotliwości 0 Hz. Wyjścia Phase_OutA,B są zawsze przesunięte w fazie o 0, aby umożliwić wysterowanie końcówki mostkowej. Ostatnim blokiem jest regulator poziomu wyjściowego SW vol. Poziom sygnału wyjściowego jest ustalany na podstawie sygnału z potencjometru VOL (ADC0). Po regulacji poziomu (dla obu przesuniętych w fazie kanałów) sygnał jest doprowadzony jest do przetworników audio DAC0 i DAC. Tak pokrótce wygląda zasada działania aplikacji, która oczywiście może być zmodyfikowana i dostosowana do własnych potrzeb np. poprzez zmianę nastaw w poszczególnych filtrach, dodanie bloku korekcji na podstawie pomiarów MLSSA itp. Rysunek. Blok przesuwnika fazowego Sub_Phase Montaż i uruchomienie Moduł jest zmontowany na dwustronnej płytce drukowanej. Jej schemat montażowy pokazano na rysunku 9. Montaż jest typowy i nie wymaga opisu. W zależności od potrzeb diody LED mogą być wyprowadzone na zewnątrz poprzez wlutowane w ich miejsce złącza SIP lub wlutowanie ich od spodu, pod potencjometrem VOL. Moduł jest przystosowany do montażu na panelu mocowanie zapewniają tuleje potencjometrów. Uruchomienie modułu sprowadza się do pomiaru napięć zasilających i działania oscylatora. Poprawnie zmontowany i skonfigurowany moduł należy zaprogramować za pomocą Sigma Studio. Po uruchomieniu SigmaStudio, odczytaniu projektu przykładowego, przyłączeniu programatora USBi oraz zwarciu zwory WP, konieczna jest konfiguracja sprzętowa ADAU70 zgodnie z rysunkiem 0. Należy pamiętać o zaznaczeniu negacji przy GPIO0, GPIO. Dla zmniejszenia poboru mocy niewykorzystane moduły DAC i DAC wprowadzone są w tryb PowerDown. W nowszych wersjach SigmaStudio, musimy także ustalić organizację pamięci EEPROM zgodnie z rysunkiem. W tym celu klikamy Rysunek 9. Rozmieszczenie elementów DSP70_SUB Rysunek 0. Konfiguracja sprzętowa DSP ADAU70 Rysunek. Konfiguracja pamięci LC ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 0/0

5 DSP70_SUB cyfrowy filtr do subwoofera aktywnego DSP70_SUB.pcb -7.V/VA EXT On/Off Pre Out Amp Out Opcjonalny dzielnik dla wy mocy On/Off Wzmacniacz mostkowy Rysunek. Dołączenie filtra subwoofera do toru audio prawym klawiszem myszy na ikonę IC i wybieramy opcję właściwości. Po skompilowaniu programu i przesłaniu go do procesora, moduł można poddać testom w aplikacji. Dla osób niemających programatora USBI jest dostępny plik *.hex z zawartością EEPROM gotową do zaprogramowania dowolnym programatorem pamięci. Sposób przyłączenia modułu do toru audio prezentuje rysunek. Na koniec jedna uwaga. Aby nie powodować konfliktów najbliższym otoczeniu, warto pamiętać o sąsiadach, gdyż niskie częstotliwości są słabo tłumione przez stosowane typowo materiały budowlane. Adam Tatuś, EP REKLAMA ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 0/0