基于SigmaDSP的無線Sound Bar系統(tǒng)設計

1、基于SigmaDSP的無線Sound Bar系統(tǒng)設計摘 要：針對目前平板電視等設備對高品質(zhì)音響系統(tǒng)的要求，設計了一款具有優(yōu)越音頻性能的Sound Bar音響系統(tǒng)，該系統(tǒng)以ADI的SigmaDSP數(shù)字音頻處理器為核心，配合藍牙等模塊，還可實現(xiàn)智能、平板電腦等設備的無線音頻播放。關(guān)鍵詞：Sound Bar;無線;SigmaDSP;音響中圖分類號：TN912 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302202101-00-020 引 言由于平板電視的日益普及，并且伴隨著制造技術(shù)的飛速開展，平板電視機日趨纖薄，機箱容積和揚聲器口徑受到了一定的限制，電視機音頻聽覺效果不理想等問題顯得愈發(fā)突出，使用者在聽

2、覺方面無法得到滿足，期待更好的音質(zhì)來配合顯示，因此專為彌補平板電視播放音頻音質(zhì)缺乏的Sound Bar音響系統(tǒng)便應用而生1，并且在Sound Bar音響系統(tǒng)中數(shù)字信號處理器DSP也獲得了廣泛的應用，用以對音頻信號進展數(shù)字化處理2。本文就結(jié)合目前市場對Sound Bar音響系統(tǒng)的需求，給出了一種基于ADI的SigmaDSP數(shù)字音頻處理器的無線Sound Bar系統(tǒng)設計，該系統(tǒng)除了滿足平板電視的音頻播放外，還可以以無線的方式播放智能、平板電腦或PC上的音樂。1 無線Sound Bar應用系統(tǒng)一個較為完好的無線Sound Bar應用系統(tǒng)由Sound Bar音響系統(tǒng)、平板電視或者智能、平板電腦、紅外遙

3、控等幾部分組成如圖1所示。圖中的平板電腦通常與Sound Bar之間采用RCA方式進展音頻信號的傳輸，也可以采用AUX方式連接;挪動終端包括智能、平板電腦等設備，其與Sound Bar之間通常采用藍牙進展通信，具備與智能音量同步的擴展功能。圖1 無線Sound Bar應用系統(tǒng)構(gòu)造組成2 無線Sound Bar的系統(tǒng)設計2.1 無線Sound Bar的系統(tǒng)組成無線Sound Bar系統(tǒng)由無線傳輸模塊、音頻切換開關(guān)、音頻處理模塊、音頻功率放大模塊等部分組成，如圖2所示。無線傳輸模塊負責接收、平板電腦等挪動設備的音頻線號，音頻切換開關(guān)負責對輸入的音源信號進展切換，音頻處理模塊負責對音頻信號進展數(shù)字化

4、處理，將處理后的音頻信號送入D類音頻功率放大器，經(jīng)放大后的音頻驅(qū)動喇叭以播放音頻。圖2 無線Sound Bar組成構(gòu)造2.2 無線Sound Bar系統(tǒng)的硬件設計這里以ADI的SigmaDSP為核心進展Sound Bar的硬件設計，其硬件組成如圖3所示。音頻處理模塊選用SigmaDSP ADAU1701，音頻功率放大器選用SSM3302，音頻切換開關(guān)選用ADG884，藍牙模塊選用Excelpoint的CSR BC5-MM模塊，與藍牙模塊配套的音頻耳機模塊選用TDA1308T，DC-DC電源模塊選用ADP2371。圖3 無線Sound Bar硬件組成2.2.1 SigmaDSP ADAU1701

5、音頻處理器ADI的SigmaDSP 芯片ADAU1701是一款50 MIPS數(shù)字音頻處理器4，包含1個28/56 b音頻DSP、2個ADC、4個DAC，還具備類似微控制器的控制接口，并通過I2C總線或4線SPI端口通信。ADAU1701輔助的ADC包含4個輸入多路復用器，用于模擬控制;具備通用接口GPIO，用于數(shù)字控制與輸出;支持完全可編程的SigmaStudio4圖形工具;內(nèi)部集成28 b × 28 b 乘法器，包含56 b累加器，可用于完全雙精度數(shù)據(jù)處理;支持192 kHz的最高采樣速率，同時內(nèi)置電壓調(diào)整器可采用3.3 V電源供電。ADAU1701 程序可以從串行E2PROM自動

6、引導通過其自引導機制或從外部微控制器上電加載，在上電期間，當前參數(shù)狀態(tài)可以從ADAU1701寫回到E2PROM，以便在下一次程序運行時重新調(diào)用。ADAU1701的數(shù)字音頻信號處理包括平衡、混音、低音增強、多波段動態(tài)處理、延遲補償以及立體聲圖像擴展等，可以對現(xiàn)場的揚聲器、放大器與收聽環(huán)境的限制進展補償，以便感受到的音頻質(zhì)量進展動態(tài)改進。ADAU1701的信號處理可以同高端立體聲設備中的信號處理相媲美。大多數(shù)處理是由完全的56 b雙精度形式完成的，因此帶來非常優(yōu)良的低電平信號性能。ADAU1701是完全可編程數(shù)字信號處理器。易于使用的SigmaStudio軟件允許用戶利用雙二階濾波器、動態(tài)處理器、

7、電平控制以及GPIO接口控制通用等手段，通過圖形配置用戶定制的信號處理流程。選擇SigmaDSP平臺的一項主要優(yōu)勢是配套的SigmaStudio設計軟件套件，它無需任何DSP編程知識。SigmaStudio具有易用的圖形化用戶接口GUI，可以生成無縫的硬件和軟件工具環(huán)境。拖放接口使設計人員僅需在音頻功能模塊庫包括音量控制、交越與平衡濾波器，以及其它第三方算法中進展選擇，就能構(gòu)建多通道數(shù)字音頻平臺。SigmaStudio工具還可以輕松實現(xiàn)已獲得行業(yè)標準容許的Dolby、SRS等算法。2.2.2 D類立體聲音頻放大器SSM3302SSM3302是一款全集成式高效率D類立體聲音頻放大器，采用高效率、

8、低噪腔調(diào)制方案，無需外部LC輸出濾波器，應用電路只需極少的外部器件。SSM3302采用7 V至18 V單電源供電，采用12 V電源時，SSM3302可以以90%的效率將7 W功率驅(qū)動至8 負載，或者以82%的效率將10 W功率驅(qū)動至4 ，信噪比SNR大于98 dB。此外，激活單聲道形式時，用戶可以通過堆疊立體聲輸出端，將低至2 的負載最高驅(qū)動至20 W連續(xù)輸出功率。 與其它D類架構(gòu)相比，采用擴頻脈沖密度調(diào)制PDM可提供更低的電磁輻射。SSM3302含有一個可選的調(diào)制選擇引腳超低EMI輻射形式，大幅降低了D類輸出特別是100 MHz以上的輻射。SSM3302提供完全差分輸入，可以有效地抑制輸入端

9、的共模噪聲。該器件還含有一個高度靈敏的增益選擇引腳，只需一個串聯(lián)電阻，便可以選擇9 dB和24 dB之間的增益，而無需更改輸入阻抗。與使用外部電阻來設置增益相比，這樣做的優(yōu)點是可以改善單個應用中多個SSM3302器件之間的增益匹配。2.2.3 DC-DC轉(zhuǎn)換器ADP2371ADP2371為高效率、低靜態(tài)電流降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器，采用專有高速電流形式、恒頻PWM控制方案，具有出色的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應。這些器件內(nèi)置高效率同步整流器構(gòu)造，因此無需外部整流器。輸入電壓范圍3.2 V至15 V，輸出電流800 mA，省電形式PSM下靜態(tài)電流小于14 ?A，效率高于90%。固定輸出為0.8 V、1.2 V

10、、1.5 V、1.8 V、2.5 V、3.0 V、3.3 V、5 V和可調(diào)選項，占空比才能100%，初始精度±1%，具備快速輸出放電QOD選項，并支持ADIsimPower設計工具。ADP2371提供多種選擇來設置工作頻率。既可以將這些器件與600 kHz至1.2 MHz外部時鐘同步，也可以強迫使其通過FSEL引腳采用600 kHz或1.2 MHz頻率工作。當噪聲比效率更為重要時，可以強迫ADP2371采用PWM形式FPWM工作。為盡量減少外部器件數(shù)量并進步效率，ADP2371內(nèi)置功率開關(guān)和同步整流器。為便于使用， ADP2371還包括內(nèi)部軟啟動和內(nèi)部補償功能。2.2.4 SPDT開

11、關(guān)ADG884ADG884是一款低壓CMOS器件，包括兩個獨立的單刀雙擲SPDT開關(guān)，具有超低的導通電阻，在整個溫度范圍內(nèi)小于0.4 ，使其非常適宜音頻信號等要求最小開關(guān)失真的應用。ADG884還具有大電流驅(qū)動才能，在5 V電壓工作時電流典型值為600 mA。ADG884在導通時，開關(guān)在兩個方向正常工作，其輸入信號范圍可以擴展至電源電壓。ADG884可以執(zhí)行先斷后合的開關(guān)動作。2.2.5 立體聲耳機驅(qū)動器TDA1308TTDA1308T是專門為驅(qū)動立體聲耳機設計的AB類耳機驅(qū)動集成電路，其電源電壓為37 V ， 靜態(tài)電流僅約3 mA，動態(tài)范圍大， 帶寬可達5.5 MHz， 轉(zhuǎn)換速率為5 V/s

12、， 交流聲抑制達90 dB。在5 k負載下的信噪比為110 dB， 失真率小于0.009%。2.2.6 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊無線數(shù)據(jù)傳輸部分主要包括藍牙模塊和近場通信NFC模塊，該模塊主要實現(xiàn)與智能等挪動設備之間的數(shù)據(jù)傳輸，進而播放挪動設備的音頻。藍牙模塊采用CSR的高集成度BC5 系列藍牙模塊5，其內(nèi)置16 位立體聲編解碼器為高品質(zhì)音樂播放提供了保障，并且內(nèi)部DSP 結(jié)合CVC 軟件，可實現(xiàn)免提消回音功能。NFC部分采用模塊Excelpoint的NFC模塊，可實現(xiàn)Touch to Pair6接觸配對功能。3 結(jié) 語ADI的SigmaDSP處理器具有高性價比、完全可配置，以及可擴展的數(shù)字音頻后處理

13、等特性，假設利用其均方根檢測和GPIO控制功能來顯著降低Sound Bar系統(tǒng)的噪聲和功耗，那么能進一步發(fā)揮作用。SigmaDSP配套的圖形化開發(fā)工具SigmaStudio支持以圖形方式設置各種功能，而不需要編寫代碼，令設計工作倍加簡單。此外，由于功率放大器模塊通常離SigmaDSP處理器比離MCU更近，因此用SigmaDSP處理器來控制靜音功能，可以簡化布局布線工作并進步EMI抗擾度。參考文獻1周文輝， 彭芳. 基于心理聲學低頻擴展的 SOUNDBAR 音響系統(tǒng)設計J. 電子設計工程， 2021， 2021： 107-111.2何偉峰， 彭妙顏， 吳凱儀. 基于 DSP 的高保真還音技術(shù)在數(shù)字影院中的應用J. 現(xiàn)代電影技術(shù)， 2021， 510 ：38-43.3 Devices A. SigmaStudio for Sharc Users Guide Rev 1.0Z. 2021.4楊州. 基于 ADAU1701 和 ARM7 的數(shù)字音頻系統(tǒng)的設計J. 中國科技博覽， 2021 33： 422-423.5沈明合， 黃聯(lián)芬. 基于 CSR BC5-MME 嵌入式藍牙耳機設計與實現(xiàn)J. 現(xiàn)代電子技術(shù)， 2021， 3314： 28-31.6 Seethalakshmi P， Kumar C S， G