Główna O nas Kontakt Projekty Timer NE555 ST6 Realizer Historia Linki
PROJEKTY ZAGRANICZNE |
KARTA DŹWIĘKOWA USB
Krzysztof Górski AVT
Wraz z rozwojem technik komputerowych przychodzi taki czas że zaczynamy własnoręcznie budować urządzenia, których wykonanie wydawałoby się zarezerwowane jest dla wielkich firm. Dzięki technice USB jesteśmy w stanie samodzielnie wykonać wiele urządzeń współpracujących z komputerem. Jednym z takich jest miniaturowa karta dźwiękowa z interfejsem USB. Do wykonania karty użyliśmy specjalistycznego układu typu PCM2702.
UKŁAD PCM 2702 jest pojedynczym układem cyfrowo analogowym konwerterem zawierającym dwa kanały D/A zgodny z interfejsem USB 1.0. Niedawno rozwinięty system SpActTm (Sampling Period Adaptive Contrlled Tracking) przywracający stabilność, podczas pracy z interfejsem audio USB zapewnia niskie zakłócenia dla wewnętrznego PLL i DAC.
Układ PCM2702 zawiera ulepszony przez Burr-Brown (wewnętrzny schemat blokowy przedstawiony został na rysunku 1):
PMC2702 akceptuje próbkowanie 48kHz, 44,1kHz oraz 38kHz dla 16 bitowego cyfrowego sygnału audio stereo i mono. Zawarty w układzie cyfrowy tłumik i wyciszanie sygnału są kontrolowane przez interfejs USB.
Układ PCM2702 stosowany jest w wszelkiego typu urządzeniach audio USB, przenośnych głośnikach, wzmacniaczach oraz jako karta dźwiękowa w komputerach przenośnych.
Podstawowe dane PCM2702:
1. zintegrowany interfejs USB
3. parametry analogowe (Vcc +5V)
7. Funkcje dodatkowe
|
|
ZASADA DZIAŁANIA PCM2702
Opis interfejsu USB jest zgodny z specyfikacją Universal Serial Bus Rev.1.0. Transmisja danych kontrolnych oraz danych zawierające przekaz audio do układu PCM2702 odbywa się poprzez wejścia D+(PIN6) i D-(PIN7). Wszystkie dane z i do PCM2702 są transmitowane z maksymalną prędkością. Wyprowadzenia Vbus(PIN8) oraz GNDU(PIN9) są również dołączone do magistrali USB. Wejście Vbus(PIN8) nie pobiera energii z magistrali, lecz służy do detekcji połączenia z magistralą USB. PCM2702 ma dwa interfejsy #0 i #1. Każdy z tych interfejsów jest skonstruowany w swoisty sposób. Interfejs #0 ma tylko jedno zadanie, określenie standardu interfejsu audio. Najważniejsze są trzy połączenia są to wejście i wyjście terminala i tak zwany Feature Unit . Wejście terminala definiowane jest jako strumień USB. Wejście to przyjmuje strumień danych dwóch kanałów audio. Feature Unit utrzymuje kontrolę nad siłą głosu i wyciszaniem. Wbudowana cyfrowa regulacja głosu może pracować w zakresieod 0dB do –64dB z krokiem 1dB. Kanały mogą być regulowane jednocześnie jak i każdy kanał może być oddzielnie kształtowany. Interfejs #1 występuje w trzech alternatywnych układach: Układ #0 jest to ‘Zero Bandwidth’(rodzaj funkcji wyciszania). Układ #1 praca 16bit stereo. Układ #2 16 bit praca mono. Do prawidłowej pracy układu PCM2702 wymagana jest częstotliwość 12Mhz, którą uzyskujemy z wewnętrznego generatora z zewnętrznym rezonatorem kwarcowym. Rezonator ten dołączony jest do wyprowadzeń XTI (PIN1) I XTO(PIN28) równolegle z kwarcem włączona jest rezystancja (1MW ) a pomiędzy masę a XTI i XTO włączono kondensatory o małej pojemności. Przy stosowaniu zewnętrznego źródła sygnału zegarowego sygnał ten doprowadzony jest do wejścia XTI(pin1), wyprowadzenie XTO(PIN28) pozostaje nie podłączone. Przy zewnętrznym sygnale zegarowym logiczna jedynka powinna odpowiadać napięciu +3,3V, stosowanie sygnału zegarowego o napięciu +5V nie jest tolerowane przez układ. PCM2702 posiada w swej strukturze wewnętrzny układ zerujący dający sygnał zerowania przy napięciu Vdd od 1,6V do 2,4V. Układ gotowy jest do pracy po zakończeniu procesu zerowania oraz połączeniu z magistralą USB. Po połączeniu z magistralą układ gotowy jest do przyjęcia danych cyfrowych audio. W oczekiwaniu na dane cyfrowe audio (stan bezczynny) na wyjściach analogowych występuje zero a na wyjściu ZERO (pin12) stan wysoki. Podczas odbioru cyfrowych danych audio PCM2702 pierwszy pakiet danych zapisuje w swej wewnętrznej pamięci (buforze) zawierającej 1ms dźwięku audio. Odtwarzanie danych audio rozpocznie się po wykryciu ramki SOF (Start of Frame). Proces przebiegu transmisji został przedstawiony na rysunku 3.
|
Opis wyprowadzeń: struktura układu PCM2702 została umieszczona w dwurzędowej obudowie plastykowej do montażu powierzchniowego typu SSOP28 przedstawionej na rysunku 2. Pin1 – XTI wejście oscylatora Pin2 – VddC zasilanie generatora +3,3V Pin3 – DGNDC masa generatora Pin4 – Vdd zasilanie +3,3V Pin5 – DGND masa cyfrowa Pin6 – USB wejście / wyjście dodatnie Pin7 – USB wejście / wyjście ujemne Pin8 – zasilanie magistrali USB Pin9 – GNDU cyfrowa masa dla USB Pin10 – PLYBCK wskaźnik odtwarzania, stan wysoki odtwarzanie, niski LED Pin11 – SSPND wskaźnik podłączenia do magistrali USB, wysoki stan na wyjściu brak połączenia, niski połączenie aktywne Pin12 – ZERO wskaźnik braku danych Pin13 – TEST3 Wejście testowe 3 Pin14 – TEST2 Wejście testowe 2 Pin15 – TEST1 Wejście testowe 1 Pin16 – TEST0 Wejście testowe 0 Wejścia testowe używane są tylko przez producenta w procesie produkcji układu, podczas normalnej pracy powinny być dołączone do masy. Pin17 – VccR +5V zasilanie dla analogowego kanału prawego Pin18 – AGDNR masa analogowa dla kanału prawego Pin19 – VoutR analogowe wyjście dla kanału prawego Pin20 – AGND masa analogowa Pin21 – Vcom zasilanie przetwornika DAC Pin22 – Vcc analogowe zasilanie +5V Pin23 – VoutL wyjście analogowe dla kanału lewego Pin24 – AGNDL masa analogowa dla kanału lewego Pin25 – VccL +5V zasilanie dla analogowego kanału prawego Pin26 – AGNDP masa analogowa dla PLL Pin27 – VccP zasilanie analogowe +5V dla PLL Pin28 – XTO wyjście oscylatora.
|
BUDOWA KARTY DŹWIEKOWEJ USB
Schemat blokowy układu przedstawiony został na rysunku 4 konstrukcja karty została podzielona na następujące funkcjonalne bloki:
|
|
Blok zawierający układ
PCM2702 jest sercem całego urządzenia odpowiadającym za przetwarzanie
napływających danych audio oraz za poprawną komunikację z komputerem
poprzez interfejs USB. Wejście USB zapewnia fizyczne połączenie pomiędzy
komputerem a układem PCM2702. Konstrukcja filtru wyjściowego oparta
została o popularny wzmacniacz operacyjny typu TLC272CP, zadaniem
filtru wycięcie wszelkich zakłóceń mogących powstać przy
przetwarzaniu C/A. Blok sygnalizacji to dwie diody LED informujące o
podłączeniu do magistrali USB oraz o odtwarzaniu sygnału AUDIO.
Zasilacz dostarcza napięcia +5V i +3,3V do prawidłowej pracy układów
PCM2702, TLC272CP i magistrali USB. Schemat elektryczny całości został
przedstawiony na rysunku 5,
jasno z niego wynika że aplikacja układu jest banalnie prosta.
Niestety typ obudowy w jakiej został umieszczony układ PCM nie pozwala
na uproszczenie układu do minimum dlatego płytka drukowana musiała być
wykonana jako dwustronna. Widok mozaiki ścieżek wraz z rozmieszczeniem
elementów został przedstawiony na rysunku
6. Wykonanie samodzielne płytki raczej mija się z celem dlatego
najlepiej jest ją zamówić w ofercie AVT
Montaż elementów musimy rozpocząć od wlutowania przetwornika PCM a to ze względu na jego powierzchniowy sposób montażu. Zadaję sobie sprawę że dla wielu czytelników montaż tak niewielkiego elementu może skończyć się jego uszkodzeniem dlatego najlepiej poprosić kogoś kto ma więcej doświadczenia. Jeżeli jednak musimy dokonać tego sami należy przed lutowaniem układ przykleić do płytki, używamy to tego niewielkiej ilości kleju. Następnie używając kalafonii i dobrze rozgrzanej lutownicy o suchym grocie (bez kropli cyny) z przykładamy do wyprowadzeń układu. Cyna która znajduje się w punktach lutowniczych wystarcza na połączenie wyprowadzeń z ścieżkami a jednocześnie jest jej za mało aby połączyć sąsiednie punkty. Przedstawiony sposób wymaga od lutującego wielkiej uwagi i precyzji.Po zamontowaniu układu PCM na płytce możemy przystąpić do montowania kolejnych elementów z którymi nie powinniśmy mieć już żadnych problemów.
|
Uruchamianie układu:
praktycznie sprowadza się do zainstalowania sterowników w komputerze,
jak to zrobić przedstawimy na przykładzie systemu Windows 98. Po podłączeniu
karty do wolnego gniazda USB w komputerze rozpoczyna się proces
samoczynnego wykrywania urządzenia. Powoduje to wyświetlenie okna
sygnalizującego wykrycie urządzenia USB i kreatora dodawania nowego
sprzętu.
W dalszej kolejności system zażąda włożenia do napędu CD_ROM płyty
instalacyjnej Windows98 i samoczynnie skopiuje drivery. Po instalacji driverów
należy sprawdzić czy system widzi kartę oraz czy nasza karta działa. Czynności
instalacyjne są tak proste że większość czytelników powinna z nimi
swobodnie dać sobie radę. Instalacji karty na nowszych komputerach i systemach
jest jeszcze prostsza i prawie niezauważalna.
Wykaz elementów: R1 1k5R2,R3,R4 22W R5 1MW R6,R7 820W R8,R9,R13,R14 10k R10,R15 8k5 R11,R16 100W R12,R17 220k R18,R19 3k9 C1,C6,C10,C20 10m F C2,C5,C7,C8,C9,C11,C18,C19,C21 0,1m F C3,C4 18pF C12,C15 1n5 C13,C16 270pF C14,C17 680nF C22 470m F C23,C24,C25,C26 22nF D1,D2 1N4148 D3,D4 LED dowolne M1 mostek 1,5A T1,T2 BC557 X1 12MHz US1 PCM2702 US2 TLC272CP US3 78L05 Gniazdo USB/B do druku 1szt |