INCLUYE: Probado Circuito esquemático lista de materiales
Resumen: Cuando la gente quiere música portátil, por lo general se basan en dispositivos con pilas de audio. Con un poco de sangre de ingeniería (o curiosidad) que corre en tus venas, no es difícil construir una tecnología inalámbrica Bluetooth ® sistema de audio estéreo que puede ser controlado con cualquier dispositivo que disponga de una conexión Bluetooth y un reproductor de música.
Una versión similar de este artículo apareció en el 10 de mayo 2012 cuestión de la electronica revista.
Haga de cuenta que el clima es cálido y es un buen momento para estar al aire libre en el chat con sus amigos.¿Quieres un poco de música de fondo, pero ¿dónde viene?
Cuando la gente quiere música portátil, por lo general se basan en dispositivos con pilas de audio. Por supuesto, usted puede comprar un sistema de sonido para el uso al aire libre, pero los que pueden ser muy caros y, como veremos, innecesario. Con un poco de sangre de ingeniería (o curiosidad) que se ejecuta en las venas, no es tan difícil de construir una tecnología inalámbrica Bluetooth ® sistema de audio estéreo que puede ser controlado con cualquier dispositivo que disponga de una conexión Bluetooth y un reproductor de música.
Esta nota de aplicación describe cómo crear un simple y relativamente bajo costo del sistema inalámbrico de audio estéreo Bluetooth para su uso al aire libre. El sistema cuenta con 20W RMS de potencia de salida. Puede ser controlada, ya sea con un teléfono que tiene una conexión Bluetooth y un reproductor de música, o con un modelo de Apple ® iPod ®. Tres apéndices discutir las consideraciones de diseño adicionales, las diferencias entre el uso de una clase D y clase AB amplificador en el diseño y el costo del sistema.
Conceptos básicos de Bluetooth
La tecnología Bluetooth fue creada en 1994 y es ampliamente utilizado para establecer una conexión inalámbrica de corto alcance entre dos dispositivos móviles de mano. Una configuración de Bluetooth también le permite transferir una señal de audio estéreo desde un dispositivo portátil a un auricular inalámbrico. Auriculares Bluetooth de hoy en día operan bajo la especificación de Bluetooth Clase 2, con 2,5 mW de potencia de transmisión (4 dBm). El alcance de transmisión de un módulo Bluetooth de Clase 2 es de aproximadamente 10 metros.
Puesta en servicio del sistema de audio Bluetooth, junto
Auriculares Bluetooth se suelen utilizar con bastante pequeño de tamaño, altavoces 32Ω. Al conectar la señal de audio de un auricular Bluetooth a un amplificador externo, es posible amplificar la señal. El auricular estéreo Bluetooth entonces actúa como un puente, la entrega de la señal de audio desde el dispositivo de mano a un amplificador de audio estéreo y la creación de un sistema de audio estéreo inalámbrico.
Un diagrama de bloques del sistema se describe en la Figura 1 .
Figura 1. Diagrama de bloques del sistema de audio inalámbrico Bluetooth estéreo.
Este sistema se basa en un amplificador estéreo de clase D de audio, que está impulsando un par de altavoces 4 ohmios.
La determinación de la potencia de salida
El requisito de potencia de salida es de 20W RMS (10W RMS por canal). Hay que señalar que el poder de medición RMS de salida no es la mejor manera de determinar la potencia de un amplificador de salida; RMS en realidad no revelan mucho sobre el verdadero rendimiento de un amplificador. Por lo tanto, en este artículo potencia de salida RMS en realidad se refiere al promedio de onda sinusoidal de corriente a una carga resistiva. Potencia RMS de salida se utiliza principalmente para fines comparativos.
Los 20W RMS de potencia se traduce a 40W de pico de salida. Para lograr 10 vatios RMS por canal a 4 ohmios oradores, la tensión mínima (V RMS ) debe ser:
Para una tensión de pico de salida, esto se traduce en:
Las ecuaciones anteriores muestran que la tensión de alimentación de 9V sería suficiente para lograr 10W RMS de potencia de salida por canal. Sin embargo, este diseño utiliza una tensión de alimentación de 12 V para permitir un cierto margen para la unidad de alimentación de la (PSU) la tensión de salida a caer en una carga pesada.
Para una fuente de alimentación aislada con una tensión de salida de 12V, de bajo costo de suministro de voltaje LED de controlador se utiliza. Estas fuentes son fácilmente disponibles en cualquier tienda de electrónica. Elija una fuente de alimentación que coincide con la potencia de salida.
Como acotación al margen, es importante darse cuenta de que 20 W RMS de potencia de salida total no significa necesariamente nada a la mayoría de la gente. A modo de comparación, piense en los amplificadores de bajo costo de audio para automóvil o de bajo costo de audio portátiles "caja" de auge y productos. A menudo se anuncia como para proporcionar alimentación de 40W producción total, pero esto es normalmente máxima potencia de salida que se traduce en 20W RMS de potencia de salida.
Usted puede preguntar, por último, si 20W RMS de potencia de salida es realmente suficiente para que este sistema funcione adecuadamente? Sí, lo es. De bajo costo amplificadores de audio de coche normalmente no tienen un step-upconvertidor DC-DC , así que utilizan 12V de la batería del coche para conducir los altavoces. (En realidad, el voltaje de la batería de un automóvil es de aproximadamente 13,8 V, pero esto no es importante aquí.) Escuchar a estos amplificadores de bajo costo-que producen un montón de sonido. Es cierto, 20W RMS de potencia de salida no es suficiente para mantener a todo el vecindario despierto, pero eso no es una prioridad para nuestro sistema de todos modos.
Selección de los auriculares Bluetooth, On / Off, y los LED
Usted puede usar cualquier auricular con un conector de audio de 3,5 mm. Un Nokia ® Nokia BH-214 Bluetooth estéreo se utiliza en este diseño. Cuenta con el conector de audio de 3,5 mm, por lo que es muy fácil de tomar señales de audio de PCB de un auricular y enviar señales al amplificador de audio estéreo.
Una de encendido / apagado y el indicador LED de conmutación también son necesarios. Estas señales deben tomarse desde el auricular Nokia.
Modificar el Nokia BH-214 Auricular
El auricular Nokia necesita ser modificado. Debido a que algunas señales proceden de fuera de PCB de los auriculares, un par de cables que se sueldan a la PCB para permitir la transmisión de la señal. las figuras 2 a 6 muestran cómo se hace esto.
Con la cubierta delantera del auricular hacia arriba, se abre apretando suavemente con un destornillador pequeño en la esquina superior derecha e inferior. Retire la placa frontal de plástico y retirar la goma del teclado. Tire suavemente de la parte que contiene la placa de la carcasa inferior.
Figura 2. Auriculares portada, vista interior.
Con la cubierta frontal abierto, hacer algo de espacio adicional para cables por recortar un poco de plástico de la zona de un círculo en la Figura 2 . También quite la guía de la luz y la carcasa de plástico para el encendido / apagado.
Trabajando a partir de la figura 3 , la soldadura de la activación / desactivación del interruptor (1), el LED bicolor (2), el LED azul (3), y cables de la batería (4). Retire la batería del PCB.
Figura 3. Vista cercana de la Junta de Coordinación para el auricular.
Ahora los cables de soldadura a las pastillas del interruptor On / Off (1), como se muestra por las flechas en la Figura 3.A continuación, soldar un cable a la plataforma de LED bicolor ánodo común (2), como se muestra por las flechas.Soldar un cable a la plataforma de ánodo de LED azul (3). Por último, soldar los cables a los electrodos de la batería (4).
Utilice los cables más delgados que se pueden encontrar, y tenga en cuenta los colores de los cables para referencia futura.
Existen más de tres alambres ( Figura 4 ) que deben ser soldadas a los auriculares.
Figura 4. Cables LED soldados a los auriculares (derecha) con vista cercana (izquierda).
Soldar el cátodo del LED verde (5), el LED rojo cátodo (6), y azul cátodo del LED (7) a las resistencias, como se muestra en la Figura 4. Ahora debería haber cables para las siguientes señales:
- Dos cables de los auriculares Bluetooth es de encendido / apagado
- Tres hilos para el verde y rojo bicolor LED (es decir, el ánodo común, cátodo verde, rojo y el cátodo)
- Dos cables para el LED azul (ánodo y cátodo)
- Dos cables de los terminales de la batería (de 3,6 V de la LDO )
Cuando todos los cables están soldados a la placa, ponga suavemente el auricular de nuevo juntos. Cierre la caja con precaución, ya que es muy fácil de separar una pista de la PCB, tirando del cordel. Después de las modificaciones, el auricular se verá como la figura 5 .
Figura 5. El auricular modificada con tapa sustituido.
Examen de la Junta de amplificador de audio estéreo
El amplificador de audio estéreo en este diseño es el MAX98400A amplificador de clase D. (Véase el Apéndice 2 para una discusión de por qué un amplificador de clase D es más adecuado para esta aplicación de una clase ABamplificador lineal .) Este amplificador tiene un alto 107dB relación señal-ruido ( SNR ). Los altavoces se pueden conectar directamente a las salidas del amplificador sin un filtro de salida y sin grandes y voluminosos DC-bloqueantes condensadores. Este último punto es muy importante. Tradicionales amplificadores de clase D necesita un filtro de salida para recuperar la señal de audio de salida del amplificador. El MAX98400A se basa en la inductancia de la bobina inherente altavoz para recuperar el componente de audio de la salida de onda cuadrada. La eliminación de la salida del filtro y los condensadores DC-bloqueo ahorra un espacio considerable en el PCB.
Un lineal regulador de voltaje ( MAX16910 ) está integrado en el amplificador de audio estéreo. El regulador convierte una fuente de 12V a 3.6V. La salida de MCU está conectado a terminales de la batería del auricular. La tensión LDO de salida puede ser de entre 3,4 V y 4,2 V. Con su 30 V (max) de tensión de entrada y una función de protección térmica y de sobrecarga, el MAX16910 es ideal para esta aplicación. De hecho, con los valores de R1 y R2 se muestran en la Figura 6 , el voltaje de salida de la LDO será de aproximadamente 3.8V, que es ideal aquí.
Figura 6. Amplificador de audio estéreo esquemática bordo.
De la Figura 6, es evidente que el amplificador MAX98400A necesita pocos componentes externos para su función. La ganancia del amplificador se selecciona con SV1 y SV2; ganancia máxima es de 32.9dB, lo que equivale a 44.2V / V:
La ganancia máxima se selecciona cuando está abierta SV1 y SV2 patillas 1 y 2 están conectados entre sí ( Tabla 1 ).
Tabla 1. Ganancia de configuración para el amplificador de audio estéreo MAX98400A
SV1
SV2
Ganancia (dB)
Ganancia (V / V)
2-3
2-3
9
2.8
Abierto
2-3
13
4.5
1-2
2-3
16,7
6.8
2-3
Abierto
20,1
10,1
Abierto
Abierto
23,3
14,6
1-2
Abierto
26,4
20,9
2-3
1-2
29,8
30,9
Abierto
1-2
32,9
44,2
Por lo tanto, con una tensión de alimentación de 12V y 44.2V / V de ganancia, la señal de entrada máxima que se puede utilizar sin recorte y distorsión de la señal de salida es:
El amplificador tiene integrado un limitador de recorte circuito que evita la distorsión de la salida de recorte. Esta capacidad es muy conveniente, porque con la ganancia máxima y sin el recorte limitador de señal del auricular de salida tendría que ser ajustado a 270mV (máx) para asegurar que la señal del amplificador de audio de salida no se recorta y distorsionada cuando el volumen se ajusta al nivel máximo. Por otra parte, el aumento de la MAX98400A puede ser bajado por la elección de los diferentes ajustes de SV1 y SV2.
Hay problemas térmicos a considerar. Con una tensión de alimentación de 12V y una carga 4Ω, la eficiencia del amplificador con 20W RMS de potencia de salida es de aproximadamente 85%. Podemos calcular cuánta energía se disipa en el amplificador con la siguiente fórmula:
El MAX98400A es en 36-pin TQFN paquete, lo que significa que un externo disipador no puede ser utilizado muy fácilmente. Una forma alternativa de eliminar el exceso de calor del amplificador para conectar el teclado expuestoencuentran por debajo de ella al plano de cobre del PCB con vías múltiples. Para disminuir las preocupaciones adicionales sobre la temperatura, la MAX98400A ha incorporado en la protección contra sobrecarga térmica.
En consecuencia, cuando este sistema de audio Bluetooth se utiliza en una muy caliente temperatura ambiente y el amplificador de audio está entregando su potencia de salida más alta posible, nada se dañadas o destruidas.
Montaje del sistema
El sistema finalmente se montan en un recinto a prueba de agua industriales de tamaño 160 mm x 120 mm. Las figuras 7 y 8 muestran el sistema ensamblado y completamente funcional con todos los bloques de construcción necesarios.
Figura 7. El sistema montado en un recinto.
Figura 8. Caja del sistema se ve en una pared exterior.
Ahora un poco de música
En este artículo se ha explicado cómo hacer un bajo costo estéreo inalámbrico Bluetooth sistema de audio para uso en exteriores. Ahora es el momento de montar la caja del sistema en una superficie dura como una pared, conectar los altavoces, y la tensión de cable de alimentación en el sistema de audio. Establezca una conexión Bluetooth y usted está listo para el rock and roll!
Apéndice 1
Cosas a tener en cuenta
Amplificador de audio
Siempre hay interferencia electromagnética (EMI) las cuestiones a considerar cuando se utiliza un amplificador de Clase D de audio en un diseño. Si el sistema necesita de cables largos de los altavoces (más de 1 m), que sería bueno utilizar un núcleo de ferrita montada en el altavoz del cable para reducir las emisiones radiadas.
Además, los amplificadores estéreo con cable con las emisiones de activos Maxim que limitan la tecnología que sea más fácil cumplir con los límites EN55022B EMI. Las emisiones de activos que limitan en gran medida reduce las emisiones radiadas. La tecnología optimiza la salida de FET de las transiciones de compuerta, reduciendo la sobre-y subciclos de manera espectacular, para proporcionar un rendimiento muy bueno de EMI sin degradar el rendimiento de audio ( Figura 9 ).
Figura 9. Maxim Clase D de formas de onda con y sin emisiones de activos limitante. Los más de los subciclos, y se ven en los datos de la derecha son las fuentes de emisión radiada.
Auriculares Estéreo Bluetooth
Hay muchos diseños diferentes para armar la fuente de alimentación, auriculares Bluetooth estéreo, amplificador de audio, los interruptores y los LED en un recinto. Asegúrese de que los cables no cruzan la antena de los auriculares Bluetooth, ya que puede reducir el alcance de Bluetooth.
Además, no se monte el sistema de muy cerca de otros transmisores inalámbricos, por ejemplo al lado de una WLANrouter, porque esto puede interferir las transmisiones de aquellos con la recepción de los auriculares.
Unidad de alimentación (PSU)
El amplificador en este diseño tiene un alto 67dB PSRR que elimina la necesidad de una fuente de alimentación estrechamente regulado. Sin embargo, asegúrese de elegir una fuente de alimentación que tiene la regulación de voltaje de salida razonablemente buena. Esto, en la práctica, significa que uno no debe utilizar la fuente de alimentación dispone de más bajo costo.
Indicadores LED
Tal vez la parte más difícil de la construcción de este sistema es soldando los cables a las pastillas de los indicadores LED situados en el Nokia BH-214 PCB. Si usted tiene alguna duda acerca de soldar estos cables, cambiar a un recinto con una cubierta frontal transparente. En ese caso, el auricular estéreo Bluetooth se puede montar de lado para hacer que los indicadores LED visible a través de la cubierta frontal. Ahora los indicadores LED no tendría que ser retirado de la PCB.
Los cables para el encendido / apagado y los cables a los pads de batería todavía tienen que ser soldado a la PCB de los auriculares. Ese trabajo de soldadura es mucho más fácil que la soldadura de los indicadores LED.
El LED de encendido es opcional. Si decide montarlo, una resistencia en serie debe ser utilizado para limitar la corriente del LED. Calcular el valor de la resistencia en serie LED con las siguientes:
Cuando el LED se suministran desde la salida de 3.6V LDO y cuando el LED de tensión es 1.8V con, por ejemplo, un LED 8mA actual, entonces la resistencia en serie sería:
Apéndice 2
El equilibrio entre una clase D y amplificador de Clase AB
Este diseño utiliza un amplificador de clase D de audio por las razones expuestas anteriormente. Tal vez, sin embargo, tiene un amplificador de Clase AB lineal y desea utilizarlo en el diseño en su lugar? El sistema será mucho menos eficaz. Una operación de clase AB amplificador lineal en las mismas condiciones que tienen una eficiencia de aproximadamente 50% menos que el dispositivo de clase D, lo que significa que habrá 10W disipada (desperdiciada) de potencia en el amplificador. Por lo tanto, un disipador de calor bastante grande sería necesaria para la protección térmica.
Cuando se tiene en cuenta la cantidad de energía un amplificador de clase AB perdería en esta aplicación, es más fácil de entender por qué el término "potencia de salida RMS" es engañoso. Supongamos que dos amplificadores, una clase D y un amplificador de clase AB, se entrega el mismo 20W RMS de potencia de salida. En nuestro ejemplo, el MAX98400A se disipará 3,5 W y un amplificador de clase AB se disiparán 10W. Así, aun cuando la potencia de salida RMS parece ser el mismo, el amplificador de clase AB no puede entregar tanto poder a los altavoces, ya que está perdiendo tanto poder. Al final, menos energía se traduce en sonido considerablemente menor.
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