Kurs DSP Audio, czyli SigmaDSP dla każdego (1). Przegląd oferty

Adam Tatuś

Kursy

15 kwietnia 2025

Czy na pewno dla każdego? Tak, ponieważ w przeciwieństwie do procesorów DSP innych rodzin, SigmaDSP firmy Analog Devices cechuje się wyjątkowo niskim progiem wejścia. Procesory serii ADAU są przeznaczone do obróbki sygnału audio i doskonale sprawdzają się w urządzeniach stacjonarnych (zarówno konsumenckich, jak i profesjonalnych), technice nagłośnienia samochodowego, a najmniejsze (pod względem wymiarów) – w elektronice ubieralnej.

Rozpoczęcie pracy z SigmaDSP – podobnie jak z każdym innym procesorem – wymaga jedynie (!) zestawu uruchomieniowego z programatorem/debuggerem oraz czasu na zapoznanie się z dokumentacją układu i środowiska programistycznego. Zastosowane przez Analog Devices podejście oparte na „graficznym programowaniu” procesorów przy użyciu środowiska narzędziowego SigmaStudio zapewnia w pełni intuicyjne tworzenie aplikacji DSP. Proces przebiega w sposób identyczny do rysowania schematu blokowego, odzwierciedlającego przepływ rzeczywistego sygnału audio, a w większości przypadków polega wręcz na zestawianiu połączeń pomiędzy urządzeniami – takimi jak miksery, filtry, korektory, kompresory, ograniczniki – dokładnie tak, jak ma to miejsce podczas konfiguracji fizycznego systemu audio. „Program” rysowany jest z dostarczonych przez producenta, udokumentowanych (mniej lub bardziej szczegółowo) i sprawdzonych bloków funkcjonalnych, od najprostszych (typu sumowanie sygnału), aż do złożonych (typu Pitch Transposer, Noise Cancelling lub Beam Forming). Po połączeniu bloków w aplikację wystarczy załadować wynik kompilacji do procesora i… gotowe.

Umożliwia to zastosowanie procesorów Sigma DSP przez osoby niemające obeznania z asemblerem, językiem C, a – co bardzo ważne – do rozpoczęcia pracy nie jest też konieczna zaawansowana wiedza w zakresie cyfrowego przetwarzania sygnału. Przed opracowaniem omawianego ekosystemu ADI klasyczne programowanie DSP ograniczone było do wąskiego grona specjalistów, posiadających zarówno szerokie umiejętności programistyczne, jak i znajomość zaawansowanego aparatu matematycznego. Pozostali – np. realizatorzy, muzycy czy konstruktorzy DIY, nieposiadający tej wiedzy, ale doskonale znający metody i używane do obróbki sygnału urządzenia – skazani byli na korzystanie z gotowych rozwiązań bazujących na DSP, co dzięki procesorom rodziny ADAU i środowisku SigmaStudio uległo diametralnej zmianie.

Obecnie oferta SigmaDSP składa się z kilkunastu układów należących do kilku rodzin.

Reprezentatywnym przedstawicielem układów z wbudowanym kodekiem audio jest model ADAU1701, występujący też w wersji z mniejszą pamięcią programu – ADAU1702.

Jakość wbudowanych przetworników AD/DA jest wystarczająca i w większości przypadków aplikacyjnych umożliwia rezygnację z układów zewnętrznych – o ile wystarczą nam dwa kanały analogowe wejściowe i cztery wyjściowe (THD+N > 83 dB, SN > 100 dB). ADAU1701 – oprócz wbudowanych przetworników AD/DA – ma także elastycznie konfigurowany, cyfrowy interfejs szeregowy. Maksymalna częstotliwość próbkowania może wynosić 192 kHz przy rozdzielczości 24 bitów. DSP pracuje w trybie synchronicznym, taktowanym kwarcem lub zewnętrznym sygnałem zegarowym pozyskanym z interfejsu cyfrowego, niestety bez możliwości konwersji częstotliwości próbkowania pomiędzy cyfrowymi kanałami wejściowymi i wyjściowymi (układ pozbawiony jest modułu konwertera częstotliwości próbkowania ASRC). Interfejs cyfrowy daje możliwość wymiany danych w typowych formatach I²S (LJ, RJ) i TDM (multipleksowanie czasowe kilku kanałów). Interfejs kanałów wyjściowych może być skonfigurowany w trybie master – wtedy ADAU1701 generuje przebiegi taktujące BCLK/LRCK (maksymalnie przetwarzanie do 96 kHz) – lub w trybie slave, w którym za generowanie przebiegów odpowiada współpracujący układ (do 192 kHz). Interfejs szeregowy umożliwia połączenie z zewnętrznymi przetwornikami AD/DA, kodekami audio, odbiornikami/nadajnikami SPDIF, konwerterami ASRC, cyfrowymi mikrofonami MEMS lub z cyfrowymi końcówkami mocy.
ADAU1701 wyposażony jest tryb pracy Selfboot, umożliwiający samodzielną pracę DSP bez zewnętrznego procesora sterującego. W trybie tym konfiguracja oraz parametry są odczytywane i zapisywane do zewnętrznej pamięci EEPROM I²C.

Aby tryb pracy samodzielnej był bardziej elastyczny i umożliwiał interakcje z użytkownikiem, procesory wyposażone są w programowane linie GPIO oraz wbudowany, uniwersalny przetwornik AD o rozdzielczości 8 bitów. Takie rozwiązanie ułatwia podłączenie typowych elementów manipulacyjnych, takich jak przełączniki, enkodery czy potencjometry, co upraszcza opracowywanie aplikacji czułych na koszty BOM.

Reasumując, możemy stwierdzić, że ADAU1701 to pełnoprawny SoC Audio, znacząco upraszczający projekt urządzenia. Pomimo kilku ograniczeń układ jest chętnie stosowany w konstrukcjach DIY. W zasadzie jest to procesor „pierwszego wyboru” z rodziny SigmaDSP – tym bardziej że występuje w lutowalnej „amatorsko” obudowie LQFP48 o rastrze 0,5 mm, która przy odpowiedniej aplikacji umożliwia realizację układu na taniej, dwustronnej płytce drukowanej.