10_16.pdf

P R O J E K T Y

Amplituner z RDS-em,

część 1

AVT-583

Samodzielne budowanie

urządzeń elektroakustycznych

to duże wyzwanie dla

amatorów. Nawet doskonała

znajomość teorii układów

i podzespoły najwyższej klasy

nie zagwarantują wykonania

perfekcyjnego wzmacniacza, jeśli

przy jego montażu niechcący

wykonamy np. pętlę masy. Tu

nie wystarczy tylko teoria, spore

doświadczenie praktyczne jest

nie mniej przydatne.

Rekomendacje: układ

polecamy raczej zaawansowanym

elektronikom pasjonującym się

samodzielnym wykonywaniem

urządzeń elektroakustycznych.

Ten projekt już się sprawdził

w poprzedniej wersji, teraz ma

dodatkowe możliwości.

Duża popularność amplitunera

FM z RDS (AVT5016), opisywane-

go w EP6/2001 i 7/2001, skłoniła

mnie do opracowania jego now-

szej wersji. Poprzednia konstruk-

cja powstała w wyniku fascynacji

możliwościami układu SAA588

(dekodera RDS) oraz modułu FM

OM5610. Te dwa elementy po-

zwoliły na stworzenie tunera FM

z dekoderem RDS o bardzo do-

brych parametrach, bez konieczno-

ści budowy i strojenia obwodów

w.cz. Moduł OM5610 zawiera

kompletną, cyfrowo przestraja-

ną głowicę FM, tor pośredniej

częstotliwości i dekoder stereo,

a wszystko jest fabrycznie zop-

tymalizowane i zestrojone. Tuner

AVT5016 umożliwiał zaprogramo-

wanie i zapamiętanie 12 stacji

radiowych nadających w górnym

zakresie UKF (88..108 MHz). Na

wyświetlaczu była wyświetla-

na częstotliwość odbieranej sta-

cji, wskaźnik dostrojenia i tryb

MONO/STEREO. Dla każdej odbie-

ranej stacji można było indywidu-

alnie ustawić parametry dekodera

RDS: włączenie lub wyłączenie

wyświetlanej informacji oraz ro-

dzaj tej informacji: radiotext lub

psname . Dodatkowo dekoder mógł

tworzyć listę alternatywnych czę-

stotliwości i na jej podstawie

dostrajać tuner do innych często-

tliwości.

W nowej wersji amplitunera

postanowiłem zachować wszyst-

kie te właściwości i jednocześnie

przebudować urządzenie tak, by

wyposażyć je w szereg nowych

właściwości znacznie poprawia-

jących funkcjonalność i komfort

obsługi. Jedyną zmianą było usu-

nięcie funkcji dostrajania na pod-

stawie listy alternatywnych często-

tliwości AF. W trakcie eksploatacji

okazało się, że ta funkcja nie jest

potrzebna w stacjonarnym tunerze

wyposażonym w funkcję auto-

matycznego dostrajania do stacji.

Przy opracowywaniu koncepcji

wziąłem również pod uwagę życz-

liwe głosy Czytelników, którzy

zbudowali i eksploatowali amplitu-

ner AVT5016. Schemat urządzenia

został pokazany na rys . 1 .

Jak widać część dotycząca mo-

dułu OM5610 i dekodera RDS po-

została prawie bez zmian. Zmia-

nie uległ sposób zasilania układu

SAA6588. Została rozdzielona

masa cyfrowa D_GND i analogo-

wa A_GND. Część analogowa jest

też zasilana odrębnym napięciem

+5VA. Takie rozwiązanie znacz-

nie redukuje przenikanie zakłóceń

impulsowych z zasilania układów

cyfrowych do analogowej części

dekodera.

Jedną z większych zmian jest

zastosowanie innego procesora

audio. W poprzedniej konstrukcji

był to układ LM4832 i rmy Natio-

nal Semiconductor. W nowej wer-

sji został użyty układ TEA6320

i rmy Philips (U3). Ze schematu

blokowego tego układu ( rys . 2 )

łatwo wyczytać, że jest on prze-

znaczony do zastosowania w sa-

mochodowych radioodtwarzaczach

Hi-Fi: ma cztery wyjścia – dwa

dla głośników przednich (kanał

lewy i prawy) i dwa dla głośni-

ków tylnych (również kanał lewy

i prawy). Poziom sygnału audio

może być dla każdego z wyjść re-

gulowany indywidualnie. TEA6320

ma dość dobre parametry i szereg

ciekawych właściwości, które zo-

staną wykorzystane w amplitune-

rze. Sygnał audio może pochodzić

z czterech wejść stereofonicznych

lub jednego monofonicznego

i jest przełączany w bloku selek-

Elektronika Praktyczna 7/2004

Duża popularność amplitunera okazało się, że ta funkcja nie jest

Amplituner z RDS-em

Rys. 1. Schemat amplitunera

Elektronika Praktyczna 7/2004

Amplituner z RDS-em

Rys. 2. Schemat blokowy układu TEA6320

kształtuje kondensator C34 (5,6

nF) – kanał lewy i C41 – kanał

prawy. Z wyjścia układu regulacji

tonów wysokich sygnał z każdego

kanału wchodzi równolegle do

dwu bloków regulacji poziomu

sygnału (głośnik przedni i głośnik

tylny). Drugi blok regulacji jest

wykorzystywany do wyrównania

poziomów sygnałów z każdego

z wejść. Oprócz tego, niezależ-

na regulacja poziomu w każdym

z kanałów pozwala na regulację

balansu. Z drugim blokiem re-

gulacji poziomu związany jest

układ wyciszania (MUTE). Jest to

rozbudowany układ z detektorem

przejścia przez zero. Umożliwia

wyciszenie w momencie, kiedy

sygnał ma amplitudę zerową,

i wyłączenie wyciszania również

wtedy, gdy sygnał ma amplitu-

dę zerową. Dzięki temu można

przełączać wejścia bez przykrych

efektów dźwiękowych.

Wszystkimi funkcjami układu

TEA6320 steruje przez magistra-

lę I 2 C sterownik zbudowany na

mikrokontrolerze 89C55 (U1).

W poprzedniej wersji zastosowany

był 89C52 z pamięcią programu

o rozmiarze 8 kB. Dodanie sze-

regu nowych funkcji wymusiło

zastosowanie mikrokontrolera

o większej pamięci, stąd 89C55

z 20 kB pamięcią programu

typu Flash. Początkowo próbowa-

łem zmieścić wszystko w starym

układzie (89C52), ale okazało się

to niemożliwe. Wszelkie próby

optymalizacji kodu skończyły się

niepowodzeniem. Trzeba było albo

znacznie ograniczyć funkcjonal-

ność urządzenia, albo zastosować

układ z większą pamięcią. Mikro-

kontroler taktowany jest oscylato-

rem kwarcowym o częstotliwości

12 MHz (X1). Tak jak poprzednio,

układem dekodera RDS steruje

oddzielna magistrala I 2 C (wypro-

wadzenia 16 i 17 układu U2).

Zewnętrzną pamięcią EEPROM

(U7), zegarem czasu rzeczywiste-

go (U8) i procesorem audio (U3)

steruje druga magistrala I 2 C (wy-

prowadzenia 15 i 14). Wszystkie

linie obu magistral I 2 C są pod-

ciągane do plusa zasilania przez

rezystory 10kV (R10..R12). Rezy-

stor R1 wymusza stan wysoki na

wyprowadzeniu !EA. Mikrokontro-

ler pobiera wtedy kody rozkazów

z wewnętrznej pamięci programu

Flash. W pamięci EEPROM 24C04

tora wejść. W naszym układzie są

wykorzystywane wszystkie cztery

wejścia stereofoniczne. Wejście IA

zostało połączone z wyjściem mo-

dułu OM5610 przez kondensatory

C32 i C33 eliminujące składową

stałą. Wejście IB jest połączone

z wyjściem iltru dolnoprzepu-

stowego toru przetwornika A/D

(wejście S/PDIF) przez kondensato-

ry C30 i C31. Do wejść IC i ID

można podłączyć zewnętrzne sy-

gnały na przykład z magnetofonu

i stereofonicznego odbiornika TV.

Składowa stała z każdego z tych

wejść jest separowana przez kon-

densatory C64..C67. Zastosowanie

układu z czterema wejściami ste-

reofonicznymi pozwoliło na wyeli-

minowanie jednej z niedogodności

poprzedniej konstrukcji – braku

możliwości dołączenia dodatko-

wych sygnałów audio.

Z selektora wejść sygnał jest

podawany na pierwszy blok re-

gulacji poziomu. Można nim re-

gulować tłumienie w zakresie od

0 do –31 dB i wzmocnienie od

0 do +20 dB z krokiem 1 dB.

Z blokiem regulacji wzmocnienia

skojarzona jest funkcja KONTUR

(można ją wyłączyć). Filtr reali-

zujący funkcję KONTRUR pracuje

liniowo dla regulacji w zakresie

od +20 dB do –12 dB. Oznacza

to, że wzmocnienie częstotliwo-

ści niskich i wysokich jest tym

większe, im mniejszy jest poziom

sygnału. Maksimum wzmocnie-

nia przypada na –12 dB. Dalsze

zmniejszanie wzmocnienia nie

powoduje zmiany pracy iltru

KONTUR. Charakterystyka iltru

jest określana przez zewnętrzne

elementy: dla kanału lewego są

to R27, R28, C36..C38, dla kana-

łu prawego R29, R30, C43..C45.

Przy wartościach jak na rysunku

1. maksymalne podbicie tonów

niskich wynosi +17 dB, a tonów

wysokich +4,5 dB. W dokumenta-

cji układu można znaleźć sposób

wyliczania wartości elementów ze-

wnętrznych iltru tak, żeby moż-

na było samodzielnie kształtować

charakterystykę funkcji KONTUR.

Za pierwszym blokiem regu-

lacji wzmocnienia umieszczony

jest iltr regulacji tonów niskich.

Zewnętrzny kondensator 33 nF

(C35 dla kanału lewego i C42

dla kanału prawego) w połączeniu

z wewnętrznymi rezystorami ukła-

du pozwala na regulację niskich

częstotliwości w zakresie od –15

dB do +15 dB dla częstotliwości

40 Hz. W połączeniu z funkcją

KONTUR można wzmocnić niskie

częstotliwości +32 dB (dla ma-

łych poziomów głośności). Filtr

tonów wysokich reguluje wy-

sokie częstotliwości w zakresie

od –12 dB do +12 dB (dla 15

kHz). Charakterystykę tego iltru

Elektronika Praktyczna 7/2004

Amplituner z RDS-em

(U7) zapisywane są wszystkie

ustawienia amplitunera. Wyjście

INT zegara czasu rzeczywistego

PCF8583 jest połączone z wy-

prowadzeniem 12 mikrokontrolera

(wejście przerwania INT1). Układ

jest taktowany rezonatorem o czę-

stotliwości 32,768 kHz.

Amplituner został wyposażony

w wejście S/PDIF z przetworni-

kiem D/A. Wejście to jest w za-

mierzeniu przeznaczone do pod-

łączenia komputerowego napędu

CD-ROM wyposażonego w klawi-

sze sterujące odtwarzaniem na pa-

nelu sterującym. Napędy takie są

stosunkowo tanie, ale wbudowane

w nie przetworniki D/A są zazwy-

czaj dość kiepskiej jakości. Podłą-

czenie cyfrowego wyjścia napędu

(DOUT) do przetwornika amplitu-

nera pozwoli na uzyskanie dużo

lepszej jakości dźwięku. Oczywi-

ście nic nie stoi na przeszkodzie,

żeby podłączyć wyjście S/PDIF

dowolnego odtwarzacza CD (nie

tylko komputerowego). Odbiornik

S/PDIF został zbudowany na ukła-

dzie CS8412 (U4). Cyfrowy sygnał

z wejścia D_IN jest podawany

przez kondensator C25 (separacja

składowej stałej) na wejście RxP.

Rezystor R15 zapewnia dopasowa-

nie do impedancji źródła sygnału.

Odbiornik wydziela sygnał danych

PCM (wyprowadzenie SDATA)

z odbieranego strumienia danych

w formacie S/PDIF. SDATA jest

połączony z wejściem danych

DIN przetwornika D/A PCM1720U

(układ U5). Oprócz sygnału da-

nych, ze strumienia danych S/

PDIF odtwarzane są sygnały zega-

rowe: taktujący przesyłaniem da-

nych SCK (połączony z wejściem

BCKIN przetwornika U5) i zegar

systemowy MCK (połączony z wej-

ściem XTI przetwornika U5). Do

prawidłowej pracy przetworni-

ka potrzebny jest jeszcze sygnał

identyikacji kanałów Lewy/Prawy

FSYNC (połączony z wejściem

LRCIN przetwornika U5). Od-

biornik U4 musi przesyłać dane

w formacie akceptowanym przez

przetwornik U5. Format danych

jest ustawiany przez odpowied-

nie stany na wejściach M0..M3

odbiornika. Jeżeli są one takie,

jak na rysunku 1, to dane mają

długość 16 bitów i są przesyłane

w formacie natural right justiied

(format „naturalny” z dosunięciem

do prawej). Format danych wej-

ściowych przetwornika może być

ustawiany w dwóch trybach: rów-

noległym i szeregowym. W trybie

równoległym (MODE=0 – taki

tryb został wybrany w naszym

rozwiązaniu) można ustawić tylko

16-bitowy natural right justiied ,

a więc zgodny z formatem wyj-

ściowym odbiornika. Tryb szerego-

wy (MODE=1) pozwala na usta-

wienie innych formatów (np. I2S),

ale wymaga podłączenia przetwor-

nika do mikrokontrolera przez 3

liniową magistralę: sygnał danych

MD, zegarowy MC i zatrzaskują-

cy latch ML. Interfejs odbiornik

S/PDIF – przetwornik D/A musi

spełniać odpowiednie warunki

związane z częstotliwością zegara

systemowego. Musi być ona rów-

na znormalizowanej wielokrotności

częstotliwości próbkowania i co

nie mniej ważne, częstotliwość

wyjściowa odbiornika musi być

równa częstotliwości wejściowej

przetwornika. Dla stanów na wej-

ściach M0..M3 układu U4 zegar

systemowy MCK ma częstotli-

wość równą 256fs, gdzie fs jest

częstotliwością próbkowania (dla

Compact Disc fs=44,1 kHz). Taką

samą częstotliwość zegara syste-

mowego przetwornika ustala się

przez wymuszenie stanu niskiego

na wejściu CKSL.

Oba układy interfejsu S/PDIF

mają rozdzielone masy i zasilania

części analogowych i cyfrowych.

W układzie zasilania amplitunera

masa analogowa A_GND i cy-

frowa D_GND zostały na płytce

drukowanej rozdzielone. Części

analogowa i cyfrowa są zasilane

oddzielnymi napięciami +5VA

i +5VD. Odbiornik U4 zawiera

w swojej strukturze układy pętli

PLL odtwarzającej z sygnału wej-

ściowego zegar systemowy. Jakość

i stabilność procesu odtwarzania

decyduje o skali zjawiska drżenia

fazy zegara ( jittera ), bardzo nieko-

rzystnie wpływającego na jakość

przetwarzania D/A. Żeby ogra-

niczyć to niekorzystne zjawisko,

zasilanie cyfrowej części odbior-

nika U4 jest dodatkowo iltrowane

iltrem RC złożonym z elementów

R18, C27..C29. Analogowy sygnał

audio z wyjścia przetwornika U5

wymaga jeszcze odiltrowania po-

zostałej części zakłóceń powsta-

łych w procesie przetwarzania

przez iltr dolnoprzepustowy. Filtr

taki jest zbudowany na podwój-

nym wzmacniaczu operacyjnym

OPA2604 irmy Burr-Brown (U6).

Elementy R19..R21, R25, C19, C21

(kanał prawy) kształtują charakte-

rystykę iltru. Dla kanału lewego

są to elementy R22, R23, R24,

R26, C20, C22. Wzmacniacz jest

zasilany symetrycznym napięciem

±9 V blokowanym przez konden-

satory C23, C24. Z wyjścia iltru

sygnał jest podawany przez kon-

densatory C30 i C31 na wejścia

IB procesora U3.

Sygnał z wyjścia modu-

łu OM5610 ma amplitudę ok.

160 mV, ale na wyjściu iltru

przetwornika występuje już am-

plituda ok. 2 V. Z tego powodu

konieczne okazało się ograniczenie

sygnału wyjściowego przetwornika

do takiego poziomu, żeby udało

się ustawić równe poziomy wyj-

ściowe z obu źródeł sygnału. Sy-

gnał wyjściowy przetwornika jest

podawany na dzielniki rezystoro-

we (rezystory R31..R34). W trakcie

uruchamiania układu okazało się,

że bez takich dzielników w torze

z wejściem S/PDIF albo nie da

się wyciszyć wejścia (małe tłu-

mienie drugiego bloku TEA6320),

albo przy większych poziomach

sygnału i dużym tłumieniu dru-

giego bloku występuje przestero-

wanie obwodów wewnętrznych

TEA6320.

Zasadnicza część amplitunera

jest zasilana przez dołączenie na

złącze ZZ1 napięcia przemiennego

o wartości minimalnej 14 V. Jest

ono prostowane mostkiem M1

i iltrowane przez kondensator

C46. Otrzymane w ten sposób na-

pięcie jest napięciem wejściowym

dla stabilizatorów U9, U10 i U13.

Napięcie +12 V dla zasilania

części radiowej modułu OM5610

jest stabilizowane przez układ

7812 (U9). Jak już wspomniałem,

układy dekodera RDS, odbiorni-

ka S/PDIF i przetwornika A/D są

zasilane rozdzielonymi napięcia-

mi +5 V, osobnymi dla części

analogowej i dla części cyfrowej.

Napięcie +5VD jest stabilizowane

przez układ U10, a +5VA przez

układ U13. Również masy ana-

logowa i cyfrowa są rozdzielone

na płytce i połączone ze sobą

w okolicy kondensatora C46.

Układ zasilania wzmacniacza

iltra dolnoprzepustowego jest za-

silany symetrycznym napięciem

przemiennym ok. 2 x10 V. Środ-

Elektronika Praktyczna 7/2004

Amplituner z RDS-em

kowy odczep trzeba podłączyć do

zacisku 2 złącza ZZ2. Po wypro-

stowaniu, napięcie jest iltrowane

przez kondensatory C53, C54.

Układ U11 dostarcza napięcia

+9 V, a układ U12 napięcia –9 V.

Wyjścia wszystkich stabilizatorów

są blokowane przez kondensatory

100 nF i tantalowe 1mF/35V.

Zasilanie układu zegara U8

jest doprowadzone do zworki p_cl

(w pobliżu modułu Om5610).

Po zwarciu tej zworki układ jest

zasilany z +5VD. Można to wy-

korzystać w czasie testów i uru-

chamiania urządzenia. W trakcie

normalnej pracy układ U8 musi

być zasilany z baterii podtrzy-

mującej napięcie po wyłączeniu

amplitunera.

Sygnał wyjściowy z proceso-

ra jest podawany na złącze ZP

przygotowane do podłączenia

specjalnego procesora audio wy-

konanego na układzie BA3880AFS

irmy Rohm. BA3880 traktuje

wzmacniacz i głośniki jako jeden

system audio i tak przekształca

sygnał wejściowy, żeby dokładnie

odtworzyć jego brzmienie tak na-

turalnie, jak to możliwe.

O brzmieniu i dynamice sygna-

łu akustycznego decydują skom-

plikowane zależności określające

szybkość narastania sygnału, ilość

i rodzaj częstotliwości harmonicz-

nych. W naturalnie powstającym

dźwięku najpierw pojawiają się czę-

stotliwości harmoniczne, a potem

dopiero częstotliwości podstawowe.

Zależności czasowe pomiędzy tymi

komponentami częstotliwościowymi

zależą od czasu narastania sygnału.

To zasadniczo decyduje o brzmie-

niu instrumentów muzycznych. Jest

bardzo ważne, żeby przy odtwarza-

niu zachować możliwie najwierniej

tę składową sygnału, która decydu-

je o czasach narastania. W innym

przypadku składowa „amplitudowa”

nie będzie zgodna ze składową

„częstotliwościową” i wystąpią

mniejsze lub większe zafałszowania

naturalnej barwy dźwięku. Jednak

jak się okazuje, we wzmacnia-

czach objętych silnym, ujemnym

sprzężeniem zwrotnym takie zafał-

szowanie jest nie do uniknięcia.

Jest to szczególnie dokuczliwe we

wzmacniaczach półprzewodniko-

wych, w których z racji dużych

nieliniowości charakterystyk tranzy-

storów ujemne sprzężenie zwrotne

musi być silne. Zniekształcenia

WYKAZ ELEMENTÓW

Płytka główna

T1: BC237

U1: AT89C55 zaprogramowany

U2: SAA6588

U3: TEA6320

U4: CS8412

U5: PCM1710U

U6: OPA2604A

U7: AT24C04

U8: PCF8583

U9: 7812

U10, U13: 7805

U11: 7809

U12: 7909

Różne

X1: rezonator kwarcowy 12MHz

X2: rezonator kwarcowy 8,664MHz

Moduł OM5610

Złącza CINCH do druku 7 szt.

Płytka panelu sterowania

Wyświetlacz 2x20 znaków

Impulsator Bourns ECW

Potencjometr 4,7k V

Przełączniki zwierne (klawiatura) 16 szt.

Odbiornik podczerwieni

TSOP1736 lub podobny na

częstotliwość 36kHz

Listwa goldpinów kątowych

Płytka procesora audio

Rezystory

R1: 1k V

Potencjometr: 1k V

Kondensatory

C1, C8: 15nF

C2, C7: 470pF

C3, C6: 10nF

C4', C5': 8,2nF

C4, C5: 47nF

C9, C20: 100nF

C10..C13, C15, C16, C18, C19:

4,7 m F/16V

C14, C17: 47 m F/16V

Półprzewodniki

U1: BA3880AFS

Rezystory

R1, R2, R7: 1k V

R3, R5, R6, R10...R13, R17, R20, R22: 10k V

R8, R9, R18: 10 V

R14: 4,7k V

R15: 75 V

R19, R24: 5,6k V

R21, R23: 3,9k V

R25, R26: 100 V

R27, R30: 20k V

R28, R29: 2,2k V

R31, R33: 36k V

R32, R34: 15k V

Kondensatory

C1, C2: 33pF

C3, C10: 2,2 m F/16V

C4: 47pF

C5: 82pF

C6, C8, C27, C29, C47, C48, C50,

C51, C55...C58, C61, C62: 100nF

C7: 560pF

C9, C21, C22: 330pF

C12, C25, C26: 47nF

C13, C14, C23, C24, C28, C49:

10 m F/16V

C15...C18, C30..C33, C64..C67:

1 m F/63V MKSE

C19, C20: 2,7nF

C34, C41: 5,6nF

C35, C42: 33nF

C36, C43: 220n

C37, C45: 8,2nF

C38, C44: 150nF

C39 100 m F/16V

C40: 47 m F/16V

C46, C53, C54: 4700u/16V

C52, C59, C60, C63, C69..C72:

1 m F/35V tantalowy

C68: 10nF

Półprzewodniki

M1..M2: mostek prostowniczy 1A/100V

powstają w wyniku „mieszania się”

opóźnionego sygnału z wyjścia

wzmacniacza z sygnałem wejścio-

wym. Dodatkowo impedancja cewki

głośnika mocno zależy od często-

tliwości, powodując zniekształcenia

w zakresie wyższych częstotliwości.

Wszystko to razem powoduje, że

w torze audio powstają przesunię-

cia fazowe powodujące wyżej wy-

mieniony efekt niezgodności czasu

narastania amplitudy, a dodatkowo

tłumione są wyższe harmoniczne,

co również potęguje ten efekt.

Teoretycznie większości tych przy-

krych niespodzianek można unik-

nąć, budując wzmacniacz w klasie

A, ale niska sprawność takich kon-

strukcji i wysoka cena powodują,

że są one stosowane tylko przez

specyiczną część odbiorców nagrań

audio. Akustycy i elektronicy na

całym świecie ciężko pracują, żeby

wrażenia słuchowe docierały do

nas z możliwie małymi zniekształ-

ceniami. Wynikiem tej pracy są nie

tylko coraz bardziej doskonałe koń-

cówki mocy: tranzystorowe i bardzo

modne obecnie lampowe. Poznanie

skomplikowanej natury dźwięku

Elektronika Praktyczna 7/2004

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: