制作一套低成本、高性能SOUND BAR的系统-电子工程世界

电路功能与优势

图1所示电路是一款低成本、高性能SOUNDBAR系统，可接收模拟立体声音频信号作为输入，同时还能输出最多8 通道音频，并单独处理每通道的信号。该电路非常适用于小型扩展插口和便携式媒体设备。该电路具有低功耗和高工作效率，不会降低音频质量，还能驱动耳机，而无需额外元件。

ADAU1761是一款低功耗、立体声音频编解码器，集成数字音频处理(亦称为SigmaDSP®)，具有两个ADC，可接收两个音频通道，并利用集成式SigmaDSP®内核对其进行数字处理。

SigmaDSP处理器针对音频应用优化，使用方便的SigmaStudio 开发软件可加快开发速度。利用串行接口， ADAU1761的输出可发送多达八个数字音频数据通道至输出放大器。 ADAU1761允许每通道处理不同的音频信号，如针对特定扬声器配置调谐的音量控制、自定义均衡、滤波和空间化效果。 ADAU1761处理模拟音频，并将其转换为数字格式信号，驱动 SSM2518功率放大器。

SSM2518是一款数字输入D类音频功率放大器，可利用每通道2 W的连续功率，将两个音频通道输出至4 Ω负载。 SSM2518的通道映射功能允许选择接口中可用的特定通道来输出信号。这一功能使其成为环绕声应用的理想选择。

图1. 使用ADAU1761和SSM2518的SOUNDBAR系统(原理示意图：未显示所有连接和去耦)

电路描述

该电路有两个主要模块。第一个是音频输入和处理模块，由 ADAU1761组成。第二个是输出放大器级，由 SSM2518组成。

音频输入和处理

ADAU1761的输入路径可同时接收两个通道的单端或差分音频信号。输入信号发送至 ADAU1761的DSP内核进行处理。使用ADI的SigmaStudio软件，可建立音频信号路径和处理算法。SigmaStudio的内置库允许将不同的处理模块添加到信号流中。一旦完成编程，用户便可完全控制不同的模块(如音量控制、均衡器和滤波器)。该软件可加快开发过程，允许设计人员通过易于使用的图形界面快速测试并调试算法和配置。

D类输出放大器

SSM2518D类音频功率放大器可接收串行数据，执行数模转换，并驱动扬声器。每个 SSM2518都可利用每通道2 W的连续功率，将两个音频通道输出至4 Ω扬声器。该电路使用了 4个 SSM2518，可输出8通道音频。通道映射功能让每个 SSM2518都可自接口输出两个通道的信号。有了这项功能，每个 SSM2518都可输出不同通道信号。

I2C访问与配置寄存器

ADAU1761 和 SSM2518都集成内部寄存器，需配置后才可正常工作。 SSM2518具有地址引脚，仅允许两个器件在I2C 总线上拥有独特地址。4个 SSM2518器件通过驱动其中一个器件的ADDR引脚至高电平，同时保持其他三个器件为低电平完成配置(也可驱动一个器件至低电平但保持其他器件高电平)。微控制器或主机使用I2C接口配置该器件的寄存器。具有独特地址的器件现在能够与总线通信，并配置。在其他三个器件上重复此过程。可利用系统控制器进行地址控制；系统控制器控制地址引脚的逻辑电平。

串行数据接口

串行数据接口使用I2S或TDM兼容数据流传输音频数据。传输的信号包括位时钟(BCLK)、帧时钟(LRCLK)和数据 (SDATA)。 ADAU1761配置为主机，用作BCLK、LRCLK和 SDATA的信号源，发送信号至 SSM2518。器件必须同步主机时钟MCLK才能正确工作。通常采用12.288 MHz晶体振荡器作为主机时钟。 ADAU1761 和 SSM2518的片内频率乘法器/分频器可产生需要的内部时钟。时钟和信号线路必须遵循特定的布局防护措施。必须考虑 ADAU1761 和 SSM2518的内部电容，以保持时钟和信号的完整性。可能需要使用缓冲器来防止负载效应。

串行数据信号可配置为I2S、TDM-4或TDM-8以便分别在每个音频帧内搭载2/4/8路音频通道。

输出噪声电压和信噪比性能

为了测量输出噪声电压，可将输入接地或端接适当的阻抗，并在放大器输出端测量输出电压。使用A加权滤波器，可在22 Hz至22 kHz带宽内完成电压测量。所有8个通道的平均测量噪声为66 μV rms。在所有通道中，以2 W输出和 4 Ω负载为参考的信噪比大于90 dB。

输出功率和失真性能

输出功率和THN+N可通过施加纯音输入，并在放大器输出端使用音频分析仪测得。使用1 kHz正弦波作为输入时，该电路在2 W额定输出功率下具有低于1% THD+N的良好性能，如图2所示。

图2. 输出功率和THD+N与输入电压的关系

频率响应性能

通过向输入端施加一个固定电压电平的纯正弦波，同时在 20 Hz至20 kHz音频频谱范围内扫描频率，即可测得频率响应。电压在输出端测量，并与1 kHz参考电平作比较。1 kHz 时的输出功率设为2 W。数据显示不同频率下的输出变化小于±0.5 dB。频谱范围内的THD+N同样小于1%，如图3所示。

图3. 输出功率和THD+N与输入频率的关系

常见变化

本电路还可采用其他SigmaDSP处理器通过I2S/串行数据端口进行设置，同时支持TDM。根据具体应用和用户的要求，可用 AD1940、 AD1941、ADAU1401A、 ADAU144x 和 ADAU170x系列器件代替 ADAU1761。所有器件均支持串行数据输出和8通道TDM，但存储器尺寸、处理功率和输入/ 输出接口各不相同。 ADAU1461的功能与 ADAU1761相同，但前者通过汽车应用认证。

ADAU1761还可处理模拟差分音频信号，并可输出至放大器。若用户仅需使用2个或4个通道，则可修改该电路，移除多余的多余的SSM2518器件，并改变寄存器配置。 SSM2519 和 SSM2529 可代替 SSM2518使用。这两款替代器件均为数字输入D类放大器，支持TDM，但每个器件只有一个输出通道。

电路评估与测试

设备要求

CN-0296电路评估板(EVAL-CN0296-SDPZ)
系统演示平台(EVAL-SDP-CB1Z)
5 V(4 A直流电源)
PC(Windows 32位或64位)
Audio Precision SYS-2722音频分析仪或同等设备
Audio Precision AUX-0025滤波器或同等设备
Audio Precision AP2700控制软件
4 Ω/8 Ω扬声器或伪负载

软件安装

CN0296评估套件包括一张光盘，其中含有自安装软件。该软件兼容Windows XP (SP2)、Vista(32位或64位)和Windows 7(32位或64位)。如果安装文件未自动运行，可以运行光盘中的setup.exe文件。

请先安装评估软件，再将评估板和SDP板连接到PC的USB 端口，确保PC能够识别评估系统。该软件允许所有针对串行接口的配置。主机和从机的配置要能够匹配适当的操作，这一点很重要。

电源要求

该评估板采用5 V直流电源供电。建议电源至少要能提供4 A 电流，确保所有8个通道都可输出额定功率。评估板的 LDO用来提供元件所需的电源。

功能框图

测试配置的功能框图如图4所示。测试设置应如图所示进行连接。