Kurs DSP Audio, czyli SigmaDSP dla każdego (3). Moduły rozszerzeń do zestawu DSP1701A_DSP_MK2

Adam Tatuś

Kursy

20 czerwca 2025

Płytka bazowa DSP1701A_DSP_MK2 umożliwia bezpośrednią obróbkę sygnału analogowego. W podstawowej wersji do dyspozycji mamy dwa wejścia oraz cztery analogowe wyjścia liniowe. Jeżeli aplikacja wymaga większej liczby wejść lub wyjść, konieczna jest obróbka sygnału cyfrowego w standardzie SPDIF/Toslink lub cyfrowe opóźnianie sygnału, konieczne staje się skorzystanie ze złączy interfejsu I²S/TDM (oznaczonych jako I2SI/I2SO) oraz sięgnięcie po odpowiednie moduły rozszerzeń.

Poprzednia część

Spis treści

Następna część

1. Kurs DSP Audio, czyli SigmaDSP dla każdego (1). Przegląd oferty 2. Kurs DSP Audio, czyli SigmaDSP dla każdego (3). Moduły rozszerzeń do zestawu DSP1701A_DSP_MK2 3. Kurs DSP Audio, czyli SigmaDSP dla każdego (4). Interfejs użytkownika 4. Kurs DSP Audio, czyli SigmaDSP dla każdego (5). Cyfrowy interfejs Audio

W artykule opisano moduły rozszerzające funkcjonalność DSP1701A_DSP_MK2 o:

DSP1701A_AD_PCM1809 – dwa liniowe wejścia analogowe (I²S),
DSP1701A_ADCTDM_TAA5242 – cztery liniowe wejścia analogowe (TDM),
DSP1701A_DACTDM_TAD5142 – cztery liniowe wyjścia analogowe (TDM),
DSP1701A_SPDIF_IN_ASRC – moduł odbiornika SPDIF/Toslink z konwerterem częstotliwości próbkowania ASRC,
DSP1701A_SPDIF_OUT_DIT4192 – moduł nadajnika SPDIF/Toslink,
DSP1701A_ASRC4192 – moduł ASRC
DSP1701A_TPA505x – moduł stereofonicznej, cyfrowej linii opóźniającej.

Schemat blokowy zestawu, ilustrujący przepływ sygnałów audio, sterujących oraz połączenia pomiędzy poszczególnymi modułami rozszerzeń, pokazano na rysunku 1.

Rysunek 1. Schemat blokowy płytki bazowej DSP1701A_DSP_MK2

Podstawowym rozszerzeniem DSP1701A_DSP_MK2 jest uzupełnienie o dodatkowe dwa wejścia analogowe, oparte na przetworniku A/D typu PCM1809 (Texas Instruments).

Przetwornik PCM1809 ma różnicowe wejścia analogowe o czułości (w trybie różnicowym) 2 Vrms (Zwe=10 kΩ). Linowy sygnał różnicowy (zbalansowany) doprowadzony jest do złączy IN1A/2A, na których dostępne jest także zasilanie 5 V oraz do gniazd mini jack 3,5 mm (zbalansowany mono). W przypadku obróbki sygnału niezbalansowanego konieczne jest założenie zwór IN1S/2S łączących z masą jedno z wejść różnicowych IN1N/2N przetwornika U1. Dane z przetwornika do procesora DSP przesyłane są magistralą I²S. PCM1809 skonfigurowany jest sprzętowo do pracy w trybie master, czyli generuje sygnały zegarowe LRCK/BCLK dla procesora.

Aby zapewnić zgodność z pierwszą wersją płytki bazowej, moduł uzupełniony został o generator sygnału zegarowego MCLK oparty na układzie U2 typu LVC1404, który zawiera obwód oscylatora współpracującego z kwarcem oraz bramkę buforową. W zależności od użytej częstotliwości próbkowania należy zastosować kwarc XT1 o częstotliwości równej 256×fs, tj. 11,2896 MHz przy 44,1 kHz, a 12,288 MHz przy 48 kHz. Podobnie jak w przypadku płytki bazowej, polecam zastosowanie podstawki pod kwarc, ułatwiającej manipulację częstotliwościami fs podczas prototypowania. PCM1809 ma wbudowane filtry dolno- i górnoprzepustowe, zależne od częstotliwości fs. Filtr górnoprzepustowy, separujący m.in. składową stałą, ma częstotliwość odcięcia 0,00025×fs (12 Hz przy 48 kHz). Filtr dolnoprzepustowy (linowa faza) pracuje z częstotliwością 0,454×fs (około 21,8 kHz przy fs=48 kHz) i tłumieniem powyżej 70 dB.

Należy zwrócić uwagę na częstotliwości odcięcia filtru górnoprzepustowego przy wyższych częstotliwościach próbkowania (88,2 kHz, 96 kHz), które wypadają w pasmie użytecznym audio i przy 96 kHz wynoszą 24 Hz. W zależności od zastosowania może być to pożądana cecha użytkowa (np. odcięcie najniższych częstotliwości w subwooferze) lub problem – gdy zależy nam na pełnym paśmie przenoszenia. Układ zasilany jest napięciem 3,3 V z lokalnego stabilizatora U3. Moduł z płytką bazową połączony jest złączem I2SO i montowany z lewej strony płytki bazowej do złącza I2SI.