August « 2013 « YU3MA

Texas Instruments C2000 LaunchPad XL – HRPWM

Filed in Audio | Digital Leave a comment

Skoro sam dosao u posed jednog vrlo zanimljivog razvojnog modula. U pitanju je Texas Instruments LaunchPad XL sa TMS320F28027 32bit-nim real-time kontrolerom.

C2000-LaunchPad-TMS320F28027

Nisam jos stigao prakticno da ga probam ali po karakteristikama koje su navedene u specifikaciji ovog modula i samog upotrebljenog procesora veoma obecava!

Ovakvih i slicnih modula ima puno na trzistu, recimo kao vrlo popularan SM32F4Discovery od firme ST.

Medjutim ono sto ovaj modul i generalno sam upotrebljeni procesor izdvaja od spomenutog konkurenta je set specificnih HW opcija koje se nalaze u samom kontroleru.

Glavna HW opcija koja je bar meni veoma zanimljiva je njegov HRPWM interni sklop, veoma brz/precizan PWM generator.

Cisto poredjenja radi, spomenuti STM32F4 kontroler (DSC / DSP) kao i najjaci dsPIC iz “GS” serije od Microchip imaju PWM rezoluciju koja je maksimalno 1ns. Kod svih ostalih klasicnih kontrolera je ta rezolucija mnogo puta manja.

TMS320F28027 sa svojim HRPWM modulom nudi rezoluciju od neverovatnih 180ps (piko sekunde)!

Texsas Instruments ima i jos bolji procesor, verovatno najbrzi integrisani PWM kontroler trenutno na trzistu sa 70ps u svojim modelima kontrolera iz Delfino serije, ali u ovom trenutu ce njega da presko posto se pravi u minimalno 177 pinskom PLCC kucistu koje jako nezgodno za “hobi” upotrebu. Ovaj TMS320F28027, popularniji kao Piccolo je u dosta manjem kucistu sa kojim i nekako moze da se izbori u kucnim uslovima izrade PCB.

Zasto mi je bas HRPWM interni modul toliko interesantan?

Sa pojavom sve brzih i mocnijih MOS-FET ili IGBT tranzistora, PWM kao tehnika modulacije signala postaje svakim danom sve atraktivnija.

Jos vise postaje zanimljivija od kada je PWM tehnika prebacena u digitalno upravljivi domen (nasuprot analognom koji se decenijama unazad koristi) jer je moguce signal obraditi ili pripremiti u digitalnom domenu nasuprot sto bi se to radilo u cisto analognom domenu sa podosta neophodnog analognog hadrwera.

PWM kao tehnika ima primenu u bezbroj konstrukcija ali je glavno da se moze posmatrati kao neki digitalno-analogni konverter (D/A). Uz spomenute MOS-FET koji ce raditi kao digitalni pojacivaci (samo u stanju 0/1) moguce je realizovati bezbroj konstrukcija koje imaju veoma dobro iskoriscenje energije ili baratati sa ogromnim strujama/snagama upravo zbog malih gubitaka.

Ukratko, PWM se koristi skoro kod svih vrsta prekidackih ispravljaca / pretvaraca (SMPS) i prakticno svim topologijama, buck/bust, off/online, flyback, rezonantnim tipovima (LLC) itd.

Takodje, PWM tehnika se koristi i kod Class-D Audio pojacivaca sto je meni u sustini i najvise zanimljivo (mada sa SMPS tek planiram da se igram).

Ovde dolazi HRPWM modul iz spomenutog procesora na delo. Kada imamo programski “na izvolte” tako precizan i brz PWM generator, imamo na raspolaganju fenomenalnu rezoluciju kasnije dobijenog analognog signala koje pruzaju odlicne perfomanse nekog buduceg sklopa koji pravimo sa tim. Zavisno od krajnje upotrebe, nekome je potrebna veoma visoka PWM frekvencija (reda MHz, recimo omogucava ogroman prenos energije kroz feritne transformatore – povecava se “power density” ili olaksava kasnije filtriranje) ili neka niza ucestanost ali sa vecom rezolucijom kao sto je recimo potrebno za Class-D audio pojacivace. Rezolucija naspram PWM frekvencije je u suprotnoj zavistnosti, ne moze “i jare i pare” 🙂

Sledeca tablica prikazuje raspolozive PWM frekvencije i efektivnu rezoluciju koju je moguce ostvariti sa HSPWM modulom (crveno uokvireno). Takodje se vidi i specifikacija za standardne PWM module koji se vidjaju po drugim procesorima, ogromna razlika!

TI-HRPWM

Kao sto se vidi iz tablice, moguce je vrsiti direktnu digitalnu modulaciju audio signala sa ovim modulom.

Ovo odprilike predstavlja buducnost Audio pojacivaca, sve ce vise konstrukcija biti realizovanih po tom principu zbog ogromnog iskoriscenja (reda 90-95%) kod Class-D topologije.

Obzirom da smo ovako zasli u digitalno signalno procesiranje (DSP), primenom raznih tehnika i matematickih algoritama je moguce izvrsiti obradu signala sa jako kompleksnim funkcijama koje prakticno uopste vise nisu izvodljive u analognoj varijanti! Ovde pre svega mislim na vrlo specificne algoritme kod modulacije signala gde se raznim matematickim cakama signal “priprema” pre nego sto udje u PWM modulator kao bi se dobilo jos bolje iskoriscenje, povecao frekventni opseg, smanjio shum, povecala dinamika, smanjila distorzija (THD, IMD), prakticno moguce je anulirati sve anomalije digitalnog pojacivaca “unapred” (feed-foward pristup) samo upotrebom matematike!

Prakticni primeri ovakvih matematichih algoritama u ovom trenutku se cuvaju bukvalno kao “tajna”, vrlo su kompleksni i potrebno je jako puno vremena za njihov razvoj. DSP procesori, izvornim konstruktorima/programerima, na taj nacin omogucavaju da zastite intelektualnu svojinu (IP – Intelectual Properties) jer neki konkretan/gotov HW moze da se prosto iskopira (procesor, tranzistori i nesto sitnih R/L/C delova okolo), ali program iz tih procesora skoro nikako ako je zasticen!

U svakom slucaju, ovim HRPWM modulom i celom razvojnom plocicom cu se tek baviti jer ima prakticno neogranicene mogucnosti za realizaciju raznih konstrukcija iz Power (SMPS) i Audio (Class-D) tehnike. Ovaj Piccolo procesor je bio samo izbor necega najboljeg po tom pitanju trenutno na trzistu.

BTW: Spomenuti TMS320F28027 ima u sebi veoma (VEOMA) brz 12bit-ni A/D konvertor sa specificiranih 4.6MSPS brzinom uzorkovanja! Mozete samo za predpostavite zasto to spominjem, sa tim moze da se napravi jedno 16 puta bolji (manji shum, veca dinamika) direct-conversion SDR prijemnik nego sto smo to videli kod vec cuvene RTL-SDR serije donglova koji ima interni A/D sa 8bit na 4MSPS. U neka doba ce i to da probamo 😉

BTW2: Spomenuti modul moze se kupiti direktno od proizvodjaca po vrlo popularnoj ceni od 17.05 US$ sa besplatnom FeDex dostavom.

Nastavak sledi …

73 de YU3MA

, , , , , , , ,

Princip stabilizacije operacionih pojacivaca na kapacitivno opterecenje

Filed in Audio | Linear | SDR Leave a comment

Uh sto sam jednu opaku caku primenio u ZMSDR i generalno kod SoftRock konstrukcija koje imaju niskosumne i brze OP za demodulator.

Dodavanjem JEDNOG JEDINOG (ukupno dva za dva OP-a) otpornika sam toliko unapredio konstrukciju da ja prosto ne mogu da verujem!!!

Naime sta je problem sa ovim dobrim OP-ovima koji se koriste kod demodulatora, ako dobro progledate tehnicku specifikaciju za upotrebljeni OP, primeticete stavku gde se navodi njegova sposobnost za “vozenje” kapacitivnog opterecenja, nesto izrazeno u 100 – 200pF, naravno kod drugih modela moze ta vrednost biti drugacija, uzeo sam za primer OPA1662 koji uglavom koristim za ove namene zbog svojih ostalih fenomenalnih karakteristika.

ds-spec

Sta to prakticno znaci? To znaci da ce OP raditi STABILNO ako su vrednosti kapacitivnog opterecenja na njegovim izlazima ispod tih granica. Pitate se kakve sad to veze ima kapacitivno opterecenje? Pa ima mnogo veze 🙂

Pod kapacitivnim opterecenjem se racuna sve sto je prikljuceno na njegov izlaz, dakle od stampanih vodova, preko konektora i kablova do ulaza u sledeci stepen – zvucnu katicu.

Izmerim ja parce koaksialnog NF kabla koje koristim za povezivanje (oko 1m duzine) i pokaza mi C-metar 180pF … Uf zgranuo sam se … Sa konektorima i kada se on prikljuci na ulaz zvucne kartice to se sigurno jos poveca (to nisam mogao da izmerim, smetale su mi klamp diode u samoj zvucnoj kartici) ali generalno sam prekoracio nivo preporucenog kapacitivnog opterecenja. Posledicno to znaci da mi je sam OP “brljavio”, nije potpuno prooscilovao nego “delimicno” i unosio totalno nelogicne anomalije u signal koje su mi varirale sa izabranom prijemnom ucestanoscu.

Svratio @macolakg kod mene i nesto pricali uopsteno oko OP-ova i tih pojava i on mi predlozi varijantu sa tehnikom za “izolaciju” kapacitivnog opterecenja od povratne grane kod OP-ova.

Poslusam ga, uzeo moj ZMSDR, malo secnuo stampu tamo-vamo i ugurao jedan 100Ω otpornik izmedju izlaza iz OP i povratne grane, po ovom principu:

capacitive-load

Dobio sam tako nevorovatnu promenu da ja jos ne mogu da se nacudim 🙂 Apsolutno cist signal, nema nikakvih fleka i duhova, mogu sad da stavim kolko hocu parce kabla … Totalno druga “pesma” 🙂 … Opaka caka!

Ovo je primenjeno u ZMSDR v3.1 revizija 4.

Ovo je generalni princip stabilizacije OP-ova na kapacitivno opterecenje i primeljivo je u prakticno svim konstrukcijama nevezano za SDR, posebno je zanimljivo za audio konstrukcije!

Evo ovde malo vise oko te problematike:

http://www.analog.com/library/…gue/archives/31-2/appleng.html

http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00884b.pdf

http://www.analog.com/library/…/38-06/capacitive_loading.html

http://www.analogzone.com/acqt0704.pdf

, , , ,

TOP