EMVs/AudioAmp/fr/specifications
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Présentation
L'amplificateur reçoit un signal audio via une fiche jack. Il est alimenté par une tension de batterie et pilote un haut-parleur.
Un signal audio est transmis à un circuit numérique à travers un convertisseur analogique/numérique. Le circuit module ce signal en PWM pour piloter un amplificateur de puissance. L'amplification est de classe D: le circuit de puissance connecte alternativement l'alimentation positive ou la masse sur le haut-parleur, mais avec des durées différentes. La valeur moyenne de la commande PWM correspondra à la tension moyenne sur le haut-parleur. Un filtre de lissage permet d'atténuer fortement les sauts de la commutation entre les deux tensions d'alimentation.
Cahier des charges
La tension d'alimentation pour l'électronique de puissance est de 12 V. Pour assurer une puissance de 12 W dans le haut-parleur, dont la résistance est de 4 Ω, la tension d'alimentation est élevée à l'aide d'un convertisseur DC/DC de type "step-up". La commande du convertisseur se fait par un signal PWM à rapport cyclique fixe. La fréquence de commutation du signal PWM est supérieure à 40 kHz, pour ne pas interférer avec le signal audio. Le courant de crête à crête de l'ondulation résultant de la commutation doit être inférieur à 150 mApp.
Le circuit numérique reçoit un signal stéréo codé sur 24 bits. Il mélange les deux canaux et multiplie le signal résultant par un gain codé sur 8 bits.
Pour piloter l'amplificateur audio, le circuit numérique génère deux signaux PWM complémentaires avec un temps mort. Le temps mort est d'environ 500 ns. La fréquence de l'horloge est de 66 MHz.
L'amplificateur de puissance est suivi par un filtre passe-bas passif LC du deuxième ordre. La fréquence de coupure du filtre est d'environ 9 kHz. L'inductance a une valeur donnée de L = 300 μH.
Système
Circuits imprimés
Le système de prototypage se base sur plusieurs circuits imprimés qui réalisent chacun une fonction du système.
Sur la carte FPGA, une carte d'adaptation permet de distribuer les signaux PWM à la carte "step-up" et à la carte amplificateur. La carte amplificateur fournit un 12 V qui peur servir à alimenter la carte FPGA.
Circuit numérique
Le convertisseur A/D reçoit deux tensions analogiques (canaux droite et gauche) d'amplitude maximale de 0.5 V. Il transmet l'information numérisée à un circuit numérique programmable à travers un flux I2S.
Le circuit numérique pilote le convertisseur analogique/numérique. Il convertit le flux I2S en 2 nombres binaires signés, un par canal. Les deux canaux sont mélangés pour fournir un signal mono. Le signal mono est multiplié par un gain pour régler le volume sur le haut-parleur.
Le signal résultant est modulé en PWM et transmis à l'amplificateur. Un autre signal PWM à rapport cyclique fixe est généré pour piloter le convertisseur DC/DC.
Amplificateur
L'amplificateur de puissance est de type classe D. Il est principalement constitué de deux transistors de puissance entre les bornes de l'alimentation et la sortie. Dans un premier temps, la deuxième branche du pont en H est remplacée par un diviseur capacitif.
Des drivers sont utilisés pour adapter les niveaux de tension des signaux numériques à ceux des commandes des transistors de puissance.
Le signal est haché. Il nécessite un filtre passe-bas avant d'être transmis au haut-parleur.
Filtre passe-bas
Le circuit qui filtre le signal de l'amplificateur est un filtre passif LC.
La bobine a une inductance fixe. Sur le circuit imprimé, un jeu de picots permet de choisir la valeur de la capacité.
La fréquence de coupure du filtre est à choisir de manière à conserver une largeur de 20kHz pour le signal audio.
Convertisseur DC/DC
Le convertisseur DC/DC est de type élévateur de tension. Il est aussi réalisé à l'aide de deux transistors de puissance (élévateur synchrone).
L'électronique de commande des transistors de puissance est la même que celle de l'amplificateur. Toutefois, une électronique assure le non-recouvrement des commandes des deux transistors de puissance.
