探索 EVAL - AD1940AZ：SigmaDSP 音頻處理器評估板的全方位解析

一、引言

在音頻處理領(lǐng)域，擁有一款性能卓越且易于評估的開發(fā)板至關(guān)重要。EVAL - AD1940AZ 評估板作為 Analog Devices 公司推出的一款產(chǎn)品，為工程師們提供了一個(gè)全面評估 AD1940 SigmaDSP 音頻處理器的平臺。本文將詳細(xì)介紹該評估板的各個(gè)方面，包括其概述、設(shè)置步驟、功能特點(diǎn)以及實(shí)際應(yīng)用等內(nèi)容，希望能為電子工程師們在音頻處理設(shè)計(jì)中提供有價(jià)值的參考。

文件下載：EVAL-AD1940AZ.pdf

二、評估板概述

2.1 基本功能

EVAL - AD1940AZ 評估板為 AD1940 提供了豐富的模擬和數(shù)字輸入輸出接口。它可以通過 AD1939 編解碼器和 AD1974 ADC 連接模擬 I/O 信號，同時(shí)支持 S/PDIF 和 3 線串行數(shù)據(jù)格式的數(shù)字 I/O 連接。該評估板由 Analog Devices 的 SigmaStudio 軟件控制，通過 EVAL - ADUSB2EBZ 附加板（即 USBi）和 USB 電纜與評估板連接。評估板的電源由單個(gè)直流電源分配，并在板上調(diào)節(jié)到所需的電壓。其 PCB 采用 7”×5”的 4 層設(shè)計(jì)，在兩個(gè)內(nèi)層有分離的模擬和數(shù)字電源及接地平面。

2.2 適用范圍

值得注意的是，由于沒有 AD1941 評估板，EVAL - AD1940AZ 也可用于 AD1941 的評估，AD1941 與 AD1940 基本相同，只是其控制接口為 I2C。

三、包裝內(nèi)容及支持文檔

3.1 包裝內(nèi)容

評估板的包裝包含以下物品：

• AD1940 評估板
• EVAL - ADUSB2EBZ（USBi）通信適配器
• 帶標(biāo)準(zhǔn)美國插頭的 6V 直流電源
• 帶 mini - B 插頭的 USB 電纜
• 評估板/軟件快速入門指南
• SigmaStudio 軟件

3.2 支持文檔

還提供了一系列支持文檔，包括 AD1940/AD1941 數(shù)據(jù)手冊、AD1939 數(shù)據(jù)手冊、AD1974 數(shù)據(jù)手冊、SigmaStudio 幫助（包含在軟件安裝中）以及 AN - 1006：使用 EVAL - ADUSB2EBZ 等。

四、評估板設(shè)置

4.1 SigmaStudio 軟件安裝

1. 打開提供的 .zip 文件，將文件提取到 PC 上；或者將 SigmaStudio CD 插入計(jì)算機(jī)光驅(qū)，瀏覽 CD 中的 SigmaStudio 文件夾。
2. 如果尚未安裝 Microsoft .NET Framework ver2.0，可通過雙擊 dotnetfx.exe 進(jìn)行安裝。
3. 雙擊 setup.exe 安裝 SigmaStudio，并按照提示操作，安裝完成后無需重啟計(jì)算機(jī)。

4.2 評估板供電

評估板由隨附的 6V 直流電源供電，應(yīng)將其連接到電源插孔 J14。此時(shí)，電源指示燈 LED D3 和 D2 應(yīng)亮起。

4.3 硬件設(shè)置 - USBi

1. 使用隨附的迷你 USB 電纜將 USBi 插入 PC 的 USB 端口，再將 USBi 插入評估板上標(biāo)記為黃色的控制端口 J2。
2. 將 USB 電纜連接到計(jì)算機(jī)和 USBi。
3. 當(dāng)提示安裝驅(qū)動程序時(shí)，選擇“從列表或指定位置安裝”，選擇“在這些位置搜索最佳驅(qū)動程序”，勾選“在搜索中包含此位置”，USBi 驅(qū)動程序位于 C:Program FilesAnalog Devices IncSigma StudioUSB drivers，點(diǎn)擊“下一步”。若提示選擇驅(qū)動程序，選擇 CyUSB.sys；在 XP 系統(tǒng)中，若提示軟件未通過 Windows Logo 測試，點(diǎn)擊“仍然繼續(xù)”。

4.4 連接音頻電纜

以設(shè)置立體聲模擬輸入和輸出為例，使用 1/8”電纜將音頻源連接到評估板頂部標(biāo)記為藍(lán)色的 ANALOG INPUT CHANNEL 0 - 1 插孔 J15，再將標(biāo)記為綠色的 ANALOG OUTPUT CHANNEL 0 - 1 插孔 J18 連接到有源揚(yáng)聲器或耳機(jī)。

4.5 開關(guān)和跳線設(shè)置

為了配置評估板實(shí)現(xiàn)立體聲模擬輸入和輸出，需確保開關(guān)和跳線設(shè)置符合圖 3 所示。黑色矩形表示連接的跳線或開關(guān)位置。

五、首個(gè) SigmaStudio 項(xiàng)目 - EQ 和音量控制

5.1 創(chuàng)建項(xiàng)目

創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，此時(shí)硬件配置選項(xiàng)卡將打開。

5.2 拖放元件

將 AD1940 和 USBi 單元拖到空白區(qū)域，然后通過點(diǎn)擊并從 USBi 單元的頂部藍(lán)色輸出引腳拖動到 AD1940 單元的綠色輸入引腳，將它們連接起來。

5.3 設(shè)計(jì)原理圖

點(diǎn)擊屏幕頂部的原理圖選項(xiàng)卡，在單元工具箱中展開 IO → Input，將一個(gè) Input 單元拖到工作區(qū)域。同樣地，展開 Filters → Second Order → Double Precision → 2 Ch，點(diǎn)擊并拖動 Medium Size Eq。右鍵點(diǎn)擊標(biāo)記為 Gen Filter1 的 General (2nd Order) 單元，點(diǎn)擊 Grow Algorithm → 1. 2 Channel – Double Precision → 4，創(chuàng)建一個(gè)五頻段均衡器，每個(gè)頻段的通用濾波器設(shè)置可通過點(diǎn)擊單元上的藍(lán)色框進(jìn)行修改。接著，展開 Volume Controls → Adjustable Gain → Shared Slider → Clickless SW Slew，點(diǎn)擊并拖動 Single slew；展開 IO → Output，點(diǎn)擊并拖動兩個(gè) Output 單元。最后，按照圖 3 連接所有單元。

5.4 編譯下載

確保評估板已通電并連接到 PC，點(diǎn)擊 SigmaStudio 中的 Link - Compile - Download 按鈕。如果項(xiàng)目編譯無錯誤，將進(jìn)入 Ready - Download 模式。此時(shí)啟動音頻源播放，即可聽到音頻，還可以移動音量控制和濾波器滑塊，實(shí)時(shí)聽到對輸出音頻的影響。

六、評估板使用

6.1 AD1940 SigmaDSP 特點(diǎn)

AD1940 是一款完整的 28 位單芯片多通道音頻 SigmaDSP，可用于均衡、多頻段動態(tài)處理、延遲補(bǔ)償、揚(yáng)聲器補(bǔ)償和圖像增強(qiáng)等。其信號處理能力與高端錄音室設(shè)備相當(dāng)，大部分處理在 56 位雙精度模式下進(jìn)行，具有良好的低電平信號性能，且無極限環(huán)或空閑音調(diào)。動態(tài)處理器采用復(fù)雜的多斷點(diǎn)算法，常見于高端廣播壓縮機(jī)中。AD1940 是一款完全可編程的 DSP，用戶可以使用雙二階濾波器、動態(tài)處理器和環(huán)繞聲處理器等模塊，通過易于使用的軟件以圖形方式配置自定義信號處理流程。其廣泛的控制端口允許無點(diǎn)擊參數(shù)更新，并能從算法流程的任何點(diǎn)進(jìn)行回讀。AD1940 的數(shù)字輸入和輸出端口可通過多個(gè) 2 通道串行數(shù)據(jù)流或 TDM 數(shù)據(jù)流與 ADC 和 DAC 實(shí)現(xiàn)無縫連接，在 TDM 模式下，可輸入 8 或 16 通道的串行數(shù)據(jù)，也可輸出 8 或 16 通道的串行數(shù)據(jù)，輸入和輸出端口配置可單獨(dú)設(shè)置，通過 4 線 SPI 端口進(jìn)行控制。

6.2 電源供應(yīng)

評估板使用兩個(gè) ADP3339 低壓差電壓調(diào)節(jié)器生成 3.3V 模擬和數(shù)字電源，板的最大電流消耗約為 500 mA。調(diào)節(jié)器的輸入應(yīng)在連接器 J14 上提供 +5 至 +6V 直流電源，電源應(yīng)具有內(nèi)徑 2.1mm、外徑 5.5mm、長度 9.5mm 的母插頭，極性為正中心。也可以使用實(shí)驗(yàn)室電源為評估板供電，將其連接到測試點(diǎn) TP48（VIN +）和 TP70（GND）。

6.3 時(shí)鐘設(shè)置

EVAL - AD1940AZ 需要一個(gè)主時(shí)鐘（MCLK）來運(yùn)行，主時(shí)鐘可以來自多種來源，用于為 AD1940 DSP、AD1974 ADC、AD1939 ADC/DAC、外部數(shù)字音頻接口和 S/PDIF 發(fā)射機(jī)提供時(shí)鐘。在大多數(shù)常見的板配置中，MCLK 將由板上的 AD1939 生成，AD1939 有一個(gè)內(nèi)部振蕩器，驅(qū)動 12.288 MHz 晶體產(chǎn)生適用于 48 kHz、96 kHz 和 192 kHz 處理應(yīng)用的 12.288 MHz 主時(shí)鐘。對于使用 S/PDIF 接收器的配置，MCLK 必須由 S/PDIF 流恢復(fù)的 MCLK 提供給系統(tǒng)，該恢復(fù)的 MCLK 頻率是 S/PDIF 數(shù)據(jù)采樣率的 256 倍。主時(shí)鐘也可以從數(shù)字音頻接口頭 J22、J23 和 J24 上的外部（板外）源提供，相應(yīng)的 MCLK 方向開關(guān)應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置為 IN 或 OUT。AD1940 必須設(shè)置為正確接收 MCLK 作為其 PLL 的輸入，通常使用 12.288 MHz 主時(shí)鐘（相當(dāng)于 (256 ×F{s})，其中 (F{s}=48 kHz)），要在 (256×F) 模式下設(shè)置 AD1940 PLL，開關(guān) SW1 必須按圖 7 所示設(shè)置。

6.4 輸入路由

音頻數(shù)據(jù)通過四個(gè)跳線（J4、J5、J6 和 J7）路由到 AD1940，輸入時(shí)鐘通過兩個(gè)跳線（J8 和 J9）進(jìn)行配置。AD1940 串行輸入端口始終配置為從設(shè)備，因此必須從其他源提供時(shí)鐘才能正常工作。

6.5 輸出路由

AD1940 串行輸出端口始終連接到 DAC、數(shù)字音頻輸出頭和 S/PDIF 發(fā)射機(jī)，這些數(shù)據(jù)信號不需要任何跳線或開關(guān)即可正確輸出。AD1940 串行輸出端口可以配置為主設(shè)備或從設(shè)備，如果配置為主設(shè)備，跳線 J10、J11、J12 和 J13 可以保持?jǐn)嚅_；如果配置為從設(shè)備，則必須連接這些跳線才能輸出數(shù)據(jù)。

七、示例配置

文檔中給出了幾種示例配置，包括模擬輸入/輸出模式、S/PDIF 輸入/輸出模式、I2S/TDM 輸入/輸出模式（AD1939 晶體生成 MCLK）和 I2S/TDM 輸入/輸出模式（外部 MCLK 輸入）等，每種模式都有相應(yīng)的跳線和開關(guān)設(shè)置說明，為工程師們在不同應(yīng)用場景下的配置提供了參考。

八、總結(jié)

EVAL - AD1940AZ 評估板為工程師們提供了一個(gè)強(qiáng)大而靈活的平臺，用于評估 AD1940 SigmaDSP 音頻處理器的性能。通過詳細(xì)的設(shè)置步驟和豐富的功能特點(diǎn)，工程師們可以輕松地進(jìn)行音頻處理設(shè)計(jì)和開發(fā)。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理配置評估板的各種參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的音頻處理效果。你在使用 EVAL - AD1940AZ 評估板的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。