Este es un proyecto extremadamente ambicioso que llevo dándole vueltas en la cabeza un buen rato, pero esta incompleto, así que iré subiendo los avances paulatinamente y son bienvenidos a dar sus sugerencias y opiniones.
Se trata de un equipo que permite medir distorsión armónica (THD), relación señal / ruido (SNR), distorsión / ruido (THD+N), distorsión por intermodulación (IMD), potencia, damping factor, respuesta de frecuencias, parámetros T/S entre otras cosas que pueda hacer con el mismo hardware y me vaya acordando
De momento iré compartiendo los diagramas y a medida que vaya investigando y diseñando iré explicando una a una las etapas y su funcionamiento, antes de pelearme con el software (Si, requiere software porque estaré usando 2 MCU)
Adjunto los diagramas de los datasheets de alguno de los ICs que usaré en el proyecto...
Etapa de entrada
Bien comencemos desde el principio el equipo cuenta con varios puntos de prueba, el primero es para conectar la fuente de sonido que se quiera probar, ya sea un amplificador o preamplificador, cuenta con 3 escalas seleccionables por medio de relés de 2.5V, 25V y 250V por lo que los divisores de tensión están calculados para el tope de escala del ADC (2.5V). En la entrada principal hay varias derivaciones que van a diferentes puntos del circuito, la linea marcada como ADC1 va para el ADC CS5389 que sera para mediciones de alta precisión como la THD, IMD, Slew Rate, etc. La línea marcada como IPR va con un sensor ACS712 para medir la corriente que circula hacia las cargas en el caso de estar probando la potencia de un amplificador, así como también la línea marcada como VPR es para medir la tensión que está ingresando, así podemos calcular la potencia y el damping factor, ya la última línea marcada como ARG va directamente al MCU de control y es para leer en que escala estamos, nos sirve como referencia para que el sistema sea auto rango y también como medida de protección en caso de exceder la escala seleccionada.
También hay un terminal marcado como Speaker que es para realizar pruebas de parámetros T/S, la línea marcada como Amp viene desde un pequeño amplificador interno basado en el LM1875 que tiene suficiente potencia para excitar el parlante y calcular su masa, para estas pruebas se usan simultáneamente los 2 ADCs internos del CS5389.
Ya por último cuenta con 2 entradas extra en donde se conectará la alimentación del amplificador que se esté probando y así poder calcular que tanta señal se le puede inyectar sin que se sature y poder calcular la eficiencia.
También cabe destacar que la selección de las escalas y funciones se harán por medio de pequeños relés DIP para no comprometer las mediciones, excepto los relés que activan / desactivan las cargas, esos si son relés de machos
Etapa de conversión analógica / digital
El ADC escogido es un CS5389 de 18bits, que además tiene una baja relación señal ruido de 100dB y un rango dinámico de 107dB, además entre los ADC exquisitos de encapsulado DIP (Sip, todo el proyecto es thru-hole, ya mi vista no es la de hace 20 años atrás) es el menos caro, claro que hay mejores opciones, pero estamos hablando de us$70 o más
y este se mantiene en el orden de los us$15 es un lujo, pero es manejable.
El ADC requiere de señales balanceadas y para lograr esto, se escogió los OPA2132 ya que cuenta con la locura de 0.00008% de distorsión además de un ancho de banda de 8Mhz, lo que lo deja bastante sobrado para este proyecto. Las secciones como las de medición de potencia, damping factor, etc al no necesitar una precisión extrema, usan directamente los ADC del dsPIC30F4013I/P.
Es importante recalcar que se requiere el uso de resistores de metal film al 1% o al 0.1% para mantener la precisión del equipo, además que el sistema requiere de diferentes fuentes de alimentación que deben estar separadas, por eso se marcan como ±5VD y ±5VA en referencia a 5V digitales y 5V analógicos, incluso las conexiones a tierra también deben ir separadas y eso es para evitar que los ruidos de los clock y data se cuelen a las líneas analógicas, lo que afectaría gravemente las mediciones. No obstante, si podemos mantener el ruido al mínimo, el equipo tiene la sensibilidad de detectar niveles de distorsión del 0.001% que para ser un proyecto DIY es bastante generoso...
Se trata de un equipo que permite medir distorsión armónica (THD), relación señal / ruido (SNR), distorsión / ruido (THD+N), distorsión por intermodulación (IMD), potencia, damping factor, respuesta de frecuencias, parámetros T/S entre otras cosas que pueda hacer con el mismo hardware y me vaya acordando
De momento iré compartiendo los diagramas y a medida que vaya investigando y diseñando iré explicando una a una las etapas y su funcionamiento, antes de pelearme con el software (Si, requiere software porque estaré usando 2 MCU)
Adjunto los diagramas de los datasheets de alguno de los ICs que usaré en el proyecto...
Etapa de entrada
Bien comencemos desde el principio el equipo cuenta con varios puntos de prueba, el primero es para conectar la fuente de sonido que se quiera probar, ya sea un amplificador o preamplificador, cuenta con 3 escalas seleccionables por medio de relés de 2.5V, 25V y 250V por lo que los divisores de tensión están calculados para el tope de escala del ADC (2.5V). En la entrada principal hay varias derivaciones que van a diferentes puntos del circuito, la linea marcada como ADC1 va para el ADC CS5389 que sera para mediciones de alta precisión como la THD, IMD, Slew Rate, etc. La línea marcada como IPR va con un sensor ACS712 para medir la corriente que circula hacia las cargas en el caso de estar probando la potencia de un amplificador, así como también la línea marcada como VPR es para medir la tensión que está ingresando, así podemos calcular la potencia y el damping factor, ya la última línea marcada como ARG va directamente al MCU de control y es para leer en que escala estamos, nos sirve como referencia para que el sistema sea auto rango y también como medida de protección en caso de exceder la escala seleccionada.
También hay un terminal marcado como Speaker que es para realizar pruebas de parámetros T/S, la línea marcada como Amp viene desde un pequeño amplificador interno basado en el LM1875 que tiene suficiente potencia para excitar el parlante y calcular su masa, para estas pruebas se usan simultáneamente los 2 ADCs internos del CS5389.
Ya por último cuenta con 2 entradas extra en donde se conectará la alimentación del amplificador que se esté probando y así poder calcular que tanta señal se le puede inyectar sin que se sature y poder calcular la eficiencia.
También cabe destacar que la selección de las escalas y funciones se harán por medio de pequeños relés DIP para no comprometer las mediciones, excepto los relés que activan / desactivan las cargas, esos si son relés de machos
Etapa de conversión analógica / digital
El ADC escogido es un CS5389 de 18bits, que además tiene una baja relación señal ruido de 100dB y un rango dinámico de 107dB, además entre los ADC exquisitos de encapsulado DIP (Sip, todo el proyecto es thru-hole, ya mi vista no es la de hace 20 años atrás) es el menos caro, claro que hay mejores opciones, pero estamos hablando de us$70 o más
y este se mantiene en el orden de los us$15 es un lujo, pero es manejable.El ADC requiere de señales balanceadas y para lograr esto, se escogió los OPA2132 ya que cuenta con la locura de 0.00008% de distorsión además de un ancho de banda de 8Mhz, lo que lo deja bastante sobrado para este proyecto. Las secciones como las de medición de potencia, damping factor, etc al no necesitar una precisión extrema, usan directamente los ADC del dsPIC30F4013I/P.
Es importante recalcar que se requiere el uso de resistores de metal film al 1% o al 0.1% para mantener la precisión del equipo, además que el sistema requiere de diferentes fuentes de alimentación que deben estar separadas, por eso se marcan como ±5VD y ±5VA en referencia a 5V digitales y 5V analógicos, incluso las conexiones a tierra también deben ir separadas y eso es para evitar que los ruidos de los clock y data se cuelen a las líneas analógicas, lo que afectaría gravemente las mediciones. No obstante, si podemos mantener el ruido al mínimo, el equipo tiene la sensibilidad de detectar niveles de distorsión del 0.001% que para ser un proyecto DIY es bastante generoso...
