基于ADAU1452的DSP_7.1声道 D类功率放大器设计与实作

jacksl528 · 发表于 2022-3-18 15:25

本帖最后由 jacksl528 于 2022-3-18 17:45 编辑

开篇

年后亲手为自己打造了独立的DIY工作间，算是完成了自己的一个人生小目标。让我有足够的条件来完成一些更系统的设计方案。

身为一名HIFIdiy爱好者总是不会满足于身边那些现有的音频设备，闲暇的时间也停不下来，总给自己找点事情做。

这不，又受人所托开始折腾汽车的音频系统了。
一开始是考虑为朋友那台破车的破音响（ASK）随便做个4声道通用型功放，无损升级，已能满组其听音需求。
不过从朋友提起这件事，到我再想起这件事，中途一忘就是1年多，

直到这次我真正的闲下来，想着反正都要折腾，不如上一个档次，顺便把自己的车那套原装BOSE也一起改了吧。

这个多声道功放，实际上并不是仅限于汽车上使用，得益于ADI公司图形化SigmaDSP软硬件的支持，我们可以通过更新程序把7.1声道放大器任意调配，做2*3电子分频+超低音系统。也或者2*2电子分频+中置+2路超低音系统。等等

主声道放大系统选用了英飞凌的 MA12070P纯数字功放芯片。采用IIS直入的方式极大提升整性能，有效的避免多声道模拟音频的诸多设计难题。

jacksl528 · 发表于 2022-3-18 15:26

本帖最后由 jacksl528 于 2022-3-18 16:34 编辑

输出结构拓扑

关于这次设计思路其实是源于一块我3年前出于好奇购买的【 ADAU1452-DSP 评估套件】当时想买来做数字电分，（这也是一个被搁置的项目）由于没有什么制作契机，就没有更深一步的进展。

反倒是这次的改装需求，用到的 “多声道环绕声技术”，让我想起了这块DSP板子。

以此为核心，采用模拟+SPDIF（光纤同轴）输入模式，由1452直接输出 I2S信号给3片 MA12070P 分别输出 1ch 2ch 3ch 4ch 5ch 6ch 8个独立60W功率输出。
另外两个通道由一片PCM1754（192khz 24Bit）解码后输出模拟信号（ch7、ch8），在我的应用方案中，其中一路为中置，我用了一块TI的 TDA3106D1（单通道40W）做中置声道的功率方案的。还有一路是超低音信号采用模拟信号输出给有源低音炮。

概括描述: 这个方案一共8个输出通道、4个输入通道；输出通道7个通道直接为功率输出，驱动扬声器。另有一个独立的超低音为音频信号

方案拓扑图如下：

jacksl528 · 发表于 2022-3-18 15:26

本帖最后由 jacksl528 于 2022-3-18 16:27 编辑

这是一个颇为繁琐的设计方案，因为涉及多个元器件的数模混合供电和接地问题，我在电源上也斟酌了许久。
花费了很多时间搭建实验电路，但过程中很多物料缺货了。到处都买不到，要么就是冤大头才会买的价格。给这次制作带来了不少的困难，。。

电源部分的拓扑：

整体方案的供电采用我之前DIY的一块LM5122 DC-DC升压方案，额定功率在500W以上，能在12V输入的情况下稳压输出24V并同时提供高达20A的持续电流输出能力。
经实际带载烤机验证，发热量极低，电源的工作效率在93%左右。

下图说明了这套方案的整体供电思路。

24V为主电源供电，提供功放芯片所需的 PVDD
第一块DC-DC降压芯片（LMR14020S）把24V转换为5V 单独为 ADAU1452核心版提供5V电源
第一块DC-DC降压芯片（LMR14020S）把24V转换为7.5V 为系统提供另外的低电压主供电。

多片LP2989-5V(DVDD1、2、3、4、..）和AVDD 分别为 MA12070P 、 PCM1804、PCM1754、TPA3106 等芯片提供数字和模拟的5V供电
多片LP5907MFX-3.3、LP5907MFX-2.5 为ADC和时钟缓冲芯片提供独立的供电分路。

1647591242(1).png

jacksl528 · 发表于 2022-3-18 15:27

本帖最后由 jacksl528 于 2022-3-18 16:31 编辑

【DSP数字音频系统】是目前来说最完美的音频调节方案，没有之一。

有的同学一听我这么说，可能就不干了，立刻把嘴凑上来指着我说：啊，我还是觉得模拟的好模拟味耐听...，多只香炉多只鬼你这失真又增加了....，数字音频就意味着数码味.....。。
我觉得这部分同学说的也有道理，因为你能说出这样的话证明你压根不需要对音频进行林林总总的“调节”。两根喇叭线直接怼耳朵里面听就好了。
--------------
（开个玩笑，言归正传）
有时候我们的听音环境和音源决定了我们是否要对扬声器发出的声音进行修正，这样的调节是有益的。能保证提升听感体验的同时重现更为逼真的临场效果。
比如：影院、车厢内部、多声道音频娱乐系统、.....

车内的听音环境谈不上优越，但其实也不算差。
至少长时间的旅途，就能用一根“保险带”把你牢牢的固定在座椅上，让你在同一个听音位置，好好的享受私人的音乐时光。单凭这一点，已经是当下快节奏生活的奢侈场景了。再加上车子里面各种软包装饰、座椅泡沫以及相对密闭的空间环境活脱脱的小型听音室啊！
说了那么多，不如亲自动手把对它的美好期待付诸于行动吧~~

（此制作将会--陆续更新，感谢关注）

YinQingYi · 发表于 2022-3-18 15:49

本帖最后由 YinQingYi 于 2022-3-18 15:54 编辑

严重支持！！！！！！！！！！！！！！！！！

功率能搞大点不？感觉有点小了哦。。。

音随馨动 · 发表于 2022-3-18 15:50

低音建议不要用TPA3221,用TPA3251 或TPA3255.

mxwmke1 · 发表于 2022-3-18 16:00

支持动手派。。。

jacksl528 · 发表于 2022-3-18 16:44

本帖最后由 jacksl528 于 2022-3-18 17:01 编辑

YinQingYi 发表于 2022-3-18 15:49
严重支持！！！！！！！！！！！！！！！！！

功率能搞大点不？感觉有点小了哦。。。

感谢支持，

关于功率这个问题，我是参考了我原车的BOSE功放的设计之后选用了英飞凌的MA12070P（80W）功放芯片。
原车的BOSE用的是 NXP的TDF8544J （50W）其实我在车上听音乐从来没有把音量开到过最大，最多就3/2吧，就这个功率已经很大很大声了。。

如果功率再做大，还要考虑供电、设备体积、车内布线、扬声器承载功率、待机电流大小等诸多因素。

我的制作方案算是比较折中的吧。

其实市面上很多标称上百瓦千瓦的汽车功放都是假的。脱了看就知道都是30-50W的东西~~

jacksl528 · 发表于 2022-3-18 16:55

本帖最后由 jacksl528 于 2022-3-18 17:46 编辑

音随馨动发表于 2022-3-18 15:50
低音建议不要用TPA3221,用TPA3251 或TPA3255.

关于低音炮系统，我之前有制作过两个版本，一个是TPA3221的（黑色）另一个是TPA3251（绿色）

不可否认 TPA3251的参数指标十分优秀，用作功率放大听感很好功率也很大。

我这套方案没有选择它原因有3点：
1、TPA3251在 24V供电条件下，输出功率和 TPA3221是相当的。 TPA3251供电在30V的时候能发挥其功率优势。

2、TPA3251在同等PVDD工作条件下热耗散更大一些，对散热的要求略高。 TPA3221的发热量相对就低很多 PBTL模式下能提供接近200W的功率输出。

3、这两个芯片都严重缺货，我手里没有多余的TPA3251可以再重新打板

jacksl528 · 发表于 2022-3-18 17:21

本帖最后由 jacksl528 于 2022-3-18 17:30 编辑

这两块板子躺在我的物料盒里面有1-2年了，没想到它还能升值，，受疫情影响 “缺芯事件“再加上 JS们的一阵恶炒，最近浏览了一下网店，这些东西的价格几乎都翻了倍。

大的那块是评估板，小的那块是核心板，这次我用到的就是核心板（它不包含DAC、ADC和一切多余接口）它们通过SUBI JTAG仿真器与电脑端通信实现程序的编写与烧录。

（目前的工作进度：电路设计）待更新...

capa · 发表于 2022-3-18 20:52

小板凳学习

wsh002 · 发表于 2022-3-18 21:20

7.1 dsp对于车载来说通道少了一些。车载中低音在脚下，为了拉高人声较好的方案是前门在比较高的位置加一个中音，所以前门会采用主动三分频。这样加上中置，环绕，大概需要12路输出。（11路全频+1路超重低音）。楼主你技术这么牛，干脆一步到位搞一个12路算了。

AACAudio · 发表于 2022-3-18 23:34

先收藏一下！

jacksl528 · 发表于 2022-3-19 07:33

wsh002 发表于 2022-3-18 21:20
7.1 dsp对于车载来说通道少了一些。车载中低音在脚下，为了拉高人声较好的方案是前门在比较高的位置加一个 ...

如果要做12路输出，，需要用到ADAU1462、1467这类DSP芯片了。

jacksl528 · 发表于 2022-3-19 08:02

本帖最后由 jacksl528 于 2022-3-19 08:10 编辑

易用的图形化开发软件

SigmaDSP音频处理器配备SigmaStudio™图形开发工具
让音频处理器的编程、开发和调试具有更高的易用性，让没有编程基础的小白也能驾驭。

SigmaStudio™内置许多实用功能的功能模块，可以直接加载使用的。

比如：EQ调节、BBE音频、ADI环绕声处理、动态低音模块、等响度控制、音量调节、以及专业音频所用到的各种噪声抑制、限幅、声场压缩、混响、延迟、空间调节等等
利用高中低通滤波器你可以精确的设定任意分频点，轻松实现电子多分频方案。
软件自由度很高，根据需求任意调节，非常适合DIY玩家。

jacksl528 · 发表于 2022-3-19 08:14

本帖最后由 jacksl528 于 2022-3-19 08:24 编辑

整体方案的原理图预览。（该原理图可能非最终方案仅供参考）

ADAU1452核心版原理图（完整方案，提供下载参考）
1647649197(1).png

AUAU1452核心板原理图.zip (159.27 KB, 下载次数: 378)

思帕特工作室 · 发表于 2022-3-19 08:50

SigmaDSP软件怎么用

音随馨动 · 发表于 2022-3-19 09:09

jacksl528 发表于 2022-3-18 16:55
关于低音炮系统，我之前有制作过两个版本，一个是TPA3221的（黑色）另一个是TPA3251（绿色）

不可 ...

不是功率的问题，3221你关注下它的喇叭运动状况就知道了，对喇叭的控制力比3251差好多。用作超低音应该会更差。

jacksl528 · 发表于 2022-3-19 09:34

本帖最后由 jacksl528 于 2022-3-19 09:39 编辑

思帕特工作室发表于 2022-3-19 08:50
SigmaDSP软件怎么用

这是SigmaStudio™软件的下载地址， https://www.analog.com/cn/design ... l#software-overview你要想使用它首先得有一块开发板。
推荐一个国内的相关网站，OpenADSP开源社区。

jacksl528 · 发表于 2022-3-20 15:50

本帖最后由 jacksl528 于 2022-3-20 17:00 编辑

花了两天多的时间闭门专心肝设计图，初稿基本完成。整个电路只有低音炮和中置声道部分是数字转模拟小信号输出，因此单独划分区域走岛型接地方案

其余的部分采用数模混合接地方式。，其中的时钟缓冲部分是一个比较大的“污染源” 单独隔离接地。

整板设计为15.5*23cm大小，由于购买的线艺电感还没到货，加之深圳那边出现疫情商家告知暂时没法发货，在另一家上海的商家那里买了Vishay 3.3uH的合金电感做输出体积小很多。

MA12070P这种新型的D类功率芯片根据我之前做的评估板测试，完全不用担心散热问题，由此也大大简化了布局难度。
+

目前进度：PCB板绘制完成，进行最后的DRC校验、字符添加等收尾工作...........

[DIY制作] 基于ADAU1452的DSP_7.1声道 D类功率放大器设计与实作

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