Зонный усилитель с DSP процессором для умного дома

Идея создать новый, более функциональный, зонный усилитель созрела еще на этапе построения первого моего усилителя. Путь построения данного усилителя был длинный. Сначала хотел делать коммутатор аудиосигнала на микросхеме MT8816 (матрица аналоговых ключей 8 x 16), но в процессе поисков решений наткнулся на DSP процессоры от фирмы Analog Devices и решил сделать проект усилителя именно на DSP процессоре.

С DSP процессорами на практике я никогда не сталкивался и для первого знакомства с DSP сделал девборд под процессор ADAU1445.

• 

• 

• 

• 

Потом были тесты на макетке и параллельно проектирование новой версии усилителя. Были закуплены все комплектующие для усилителя и оставалось только заказать печатные платы.

Но в этот период у меня полетел винт и практически завершенный проект нового усилителя был утерян. Все что сохранилось от нового проекта на фото ниже. В усилитель закладывался следующий функционал: 

• DSP процессор: ADAU1445
• USB звуковая карта на микросхеме PCM2706
• микроконтроллер для управления DSP процессором ATSAMD21G18A-AUT
• Ethernet на микросхеме W5500
• 4 аналоговых входа на АЦП ADA1978
• SD карта для воспроизведения WAV файлов
• 1 оптический вход и 1 выход
• Bluetooth на базе ESP32
• USBi интерфейс для программирования DSP процессора
• второй платой, 16 канальный оконечный усилитель мощности на 4 микросхемах TAS6424

• 

• 

Проект усилителя возродил только через полтора года. За это время была проработана структура нового проекта 4 версии исключающая недостатки всех предыдущих, а именно усилитель было решено сделать модульный, состоящий из главного блока — непосредственно сам DSP процессор и подключаемые к нему дополнительные модули, такие как усилитель мощности, аналоговые входы, аналоговые выходы, сетевой плеер… Модульность усилителя реализована на автомобильной цифровой аудиошине A²B, в качестве трансиверов используется микросхема AD2428KCPZ.

A²B представляет собой двунаправленную цифровую аудиошину с высокой пропускной способностью. По шине A2B можно передавать данные интерфейсов I2S/TDM/PDM и управляющую информацию I2C, а также сигналы тактирования и энергию для электропитания по одному 2-проводному кабелю неэкранированной витой пары на расстояние до 15 м. между узлами и до 40 м. по всей последовательной цепи.

Все модули усилителя выполнены в корпусах для установки на DIN рейку. Каждый модуль имеет свой вход питания и разъемы для подключения к шине A2B с помощью которой модули соединяются между собой витой парой. Длина A2B шины между модулями до 15 метров, но не больше 40 метров общей длины на все модули.

Главный модуль

Главный модуль состоит из 2 плат и модуля шины A2B. Корпус занимает 4 стандартных модуля на DIN рейке.  Используется корпус фирмы GAINTA — D4MG.

Состав модуля:

• DSP процессор ADAU1452
• EEPROM память для DSP — 25AA1024 1 Мбит
• микроконтроллер ESP32
• Ethernet 10/100 реализован на чипе LAN8720A
• USB звуковая карта на микросхеме PCM2706
• Bluetooth на базе ESP32
• 1 оптический вход
• 1 оптический выход
• 2 опторазвязанных триггерных входа, заведены на GPIO ESP32
• 1 вход 0-10 В или 4-20мА, заведен на АЦП ADAU1452
• питание от 9 до 36 Вольт постоянного тока.
• установлен модуль мастера шины A2B
• конвертер USB — UART на микросхеме CP2102N, для программирования ESP32
• конвертер USBi на микроконтроллере CY7C68013A-56LTX, для программирования ADAU1452 с помощью программы Sigma Studio

На верхней части корпуса располагаются светодиоды индикации и 2 USB разъема для программирования ESP32 и ADA1452. Под верхней крышкой корпуса на плате имеется переключатель режима SELFBOOT. Кнопка сброса ADAU1452 и кнопка сброса ESP32. Пины для подключения к интерфейсу I2C и UART(ESP32).

Модуль усилителей мощности

Модуль 8 канального усилителя D класса выполнен на 2 микросхемах TAS6424, выходная мощность до 45 Вт (не допустимо без активного охлаждения),  питание от 5 до 18 В. Корпус занимает 4 модуля на DIN рейке. Усилитель полностью цифровой входной сигнал подается в формате I2S т.о. полностью исключены лишние преобразования цифры в аналог. Сигнал в формате I2S идет без преобразований от DSP главного модуля, по шине A2B и попадает сразу на вход усилителя.

Модуль аналоговых входов

Модуль выполнен на аналогоцифровом преобразователе (АЦП) ADAU1978. Имеет два разъема Jack 3.5 мм. для подключения источников аудиосигнала. На плате имеется пины для подключения источников сигнала с дифференциальным выходом.

В планах модуль на основе Raspberry Pi Zero, 16 канальный модуль линейных выходов…