Testarea Blocului Audio al Unui Telefon Mobil

Testarea blocului audio al unui telefon mobil

Cuprins:

Capitolul 1. Telefonul mobil

1.1 Istoria telefonului mobil

1.2 Rețele GSM

1.3 Arhitectura unei rețele GSM

1.4 Modulația folosită în GSM

1.4.1 Modulația de tip BPSK

1.4.2 Modulația de tip QPSK

1.4.3 Modulația de tip 8PSK

1.4.4 Modulația MSK

1.4.5 Modulația GMSK (Gaussian Mimimum Șhift Keying)

Capitolul 2. Circuite pentru procesarea semnalului audio în telefonia mobilă

2.1 TLV320AIC3106

2.1.1 Noțiuni generale

2.1.2 Configurația pinilor

2.1.3 Resetare hardware

2.1.4 Interfața Serial Control digital

2.1.5 Modul de control I2C

2.1.6 Controlul digital al volumului

2.1.7 Controlul Audio-DAC

2.1.8 Generarea MICBIAS

2.1.9 Protecția la scurtcircuit

2.1.10 Comutarea I/O

2.2 LP5900

2.2.1 Noțiuni generale

2.2.2 Configurația pinilor

2.2.3 Puterea disipată și funcționarea dispozitivului

2.3 SSM2315

2.3.1 Noțiuni generale

2.3.2 Configurația pinilor

2.4 Detectorul de Headset NTZD3154NT

Capitolul 3. Testarea blocului audio

3.1 Sistemul audio al unui telefon mobil

3.2 Verificarea HEADSET_TEST_ALBON

3.3 AU_RECEIVER

3.4 AU_LOUDSPEAKER

3.5 AU_MICROPHONE

3.6. Concluzii

Bibliografie:

Capitolul 1. Telefonul mobil

1.1 Istoria telefonului mobil

Telefonul mobil “s-a născut” în anul 1973 pe mărețul tărâm american, deși diverse concepte, planuri și prototipuri au existat încă de la începutul secolului XX. Culmea, inventatorii sunt chiar Motorola, companie care în prezent e pe cale să abandoneze divizia de telefoane.

În data de 3 aprilie 1973, Dr. Martin Cooper (unul dintre managerii companiei americane), a fost prima persoană pământeană care a inițiat un apel de pe telefonul mobil. La capătul firului fictiv s-a aflat nimeni altul decât Joel Engel, marele său rival de la Bell Labs (actualii Alcatel-Lucent), o altă companie în căutarea revoluționării tehnologiei. Discuția pe care au avut-o nu a fost din păcate înregistrată, însă există zvonuri cum că Engel ar fi plâns cu lacrimi de crocodil la aflarea veștii. S-a liniștit însă repede și împreună cu inginerii de la Bell Labs s-a concentrat pe dezvoltarea rețelelor de telefonie mobilă.

De atunci, s-a lucrat din greu la realizarea a tot felul de prototipuri, iar abia în 1983 a apărut primul telefon mobil destinat utilizatorului final (eu, tu și restul lumii), aprobat de către FCC pentru comercializare.

Figura 1.1 Dr. Martin Cooper și primul telefon mobil.

Acesta a fost Motorola DynaTAC (model 8000x) – un “obiect” privit cu suspiciune de neavizați, cu admirație de către persoanele pasionate de tehnologie. Nu oricine își permitea însă acest telefon și nu oricine era capabil să-l țină în mână. Motorola DynaTAC (cunoscut drept și telefonul lui Zack, din Saved by the Bell) costa 3995$, măsura 330 mm lungime și cântărea aproape 1 Kg (869 grame) – o cărămidă în toată regula. Puteai să vorbești la el maximum 30 de minute, iar timpul de stand-by cu greu atingea 8 ore, durata de încărcare a bateriei se ridică la 10 ore, mai mult decât autonomia. Acum, performanțele sale stârnesc reacții ilare, dar să nu uităm că în cursa către ideal pornim întotdeauna de jos. Important este să existe acel început.

În perioada 1983 – 1989 și-au făcut simțită prezența cinci modele DynaTAC, dar la finele anului 1989 au fost înlocuite de către un terminal mult mai aspectuos și performant, este vorba despre Motorola MicroTAC 9800x (TAC = Total Area Coverage). Acesta din urmă venea împreună cu un dock special de încărcare și avea un design de tip “flip”, cu o clapetă “elegantă” ce acoperea tastatura. Cu ea deschisă, ajungea la 229 mm lungime, dar designul compact permitea purtarea telefonului în buzunar. Oricum, cele 303 grame (asta dacă optai pentru o baterie slim, subțire și ușoară) cereau imperios niște buzunare rezistente. MicroTAC, telefonul reprezentativ al anilor ’80, a fost disponibil în șapte versiuni (modele) și s-a vândut până în 1991, la prețuri cuprinse între 2495 $ și 3495 $.

Nokia a produs echipamente de comunicații comerciale și militare încă din anii ’60, însă primul lor telefon GSM (Nokia 1011) a fost lansat după nouă ani de la apariția lui DynaTAC, în 1992. Despre Nokia 1011 se știe că avea niște dimensiuni agreabile (195x60x45 mm) spre deosebire de cărămizile Motorola. Funcționa în banda de 900 MHz, iar în agendă încăpeau maximum 99 de numere.

Figura 1.2 Primul telefon Nokia 1011

În anul 1994 a fost scos din producție, fiind înlocuit de către Nokia 2100 – primul telefon Nokia care a venit cu celebrul ringtone Nokia Tune, dar și primul terminal ce oferea transfer de date, fax și mesaje SMS. Finlandezii sperau să vândă măcar 400.000 de modele, dar Nokia 2100 a depășit toate așteptările atingând uimitoarea cifră de 20 de milioane de terminale vândute în întreaga lume.

1.2 Rețele GSM

GSM (Global System for Mobile communications), este cel mai popular standard internațional de telefonie mobile, prima rețea GSM a fost lansată în 1991 în Finlanda de către compania Radiolinja.

Structura unei rețele GSM este complexă, având trei elemente principale:

Base Station Subsystem (BSS) permite conectarea telefonului mobil la centrala de telefonie mobile. Ea este formată din stațiile GSM pe care le vedem la tot pasul în zilele noastre și care sunt numite Base Transceiver Station (BTS), precum și din unitățile de control pentru stații (BSC). Stațiile GSM sunt de obicei dotate cu antene unidirecționale. Zona de acoperire din jurul unei stații/celule GSM este împărțită radial în sectoare, pentru fiecare din ele fiind repartizată una sau două antene. Un tip comun de sectorizare este cea de tip trifoi, cu trei sectoare de 120o fiecare.

O unitate de control pentru stații (BSC) controlează de obicei zeci sau sute de antene, direcționând traficul către NSS. Într-o rețea GSM există mai multe BSC-uri regionale care concentrează conexiunile dintr-o anumită zonă și le transmite către MSC, o componentă a NSS. BSC este consideră cea mai robustă componentă a unei rețele GSM, fiind dotată cu sisteme redundante pentru a asigura funcționarea continuă a rețelei.

Network an Switching Subsystem (NSS) este acea componentă a unei rețele GSM similară cu centrala telefonică a unei rețele de telefonie fixă. Ea realizează managementul convorbirilor din rețea și asigură interconectivitatea cu alte rețele de telefonie mobilă sau fixă. Cea mai importantă componentă a NSS este Mobile Switching Center (MSC)

GPRS Core Network Rețea de bază GPRS este partea centrală a Serviciului General Packet Radio, care permite 2G, 3G și WCDMA rețelele mobile de a transmite IP la rețelele externe, pachete, cum ar fi Internetul. Sistemul GPRS este o parte integrată a GSM subsistemului de rețea de comutare.

1.3 Arhitectura unei rețele GSM

Rețelele GSM au o structura ierarhică, fiind constituite din zone administrative, unui MSC alocându-se cel puțin o zonă numită arie de localizare.

O rețea (Figura 1.3) este formată din mai multe subsisteme de stații de bază (BSS) și compuse din stații de bază (BTS) și control al stațiilor de bază (BSC) conectate la rețeaua NSS.

Figura 1.3 Arhitectura unei rețele GSM.

Arhitectura rețelei GSM este formată din mai multe sute de amplasamente de celule, dispuse suprapus una peste cealaltă, în așa fel încât să rezulte o acoperire cu radio-emisie continuă, neîntreruptă. Pe parcursul convorbirii, terminalul GSM se conectează prin unde radio la stația radio plasată în zona în care se găsește abonatul. La trecerea dintr-o celulă într-alta, apelul este trimis fără ca utilizatorul să realizeze procesul de trecere de pe un canal într-altul. Stația radio are o rază de acoperire ce poate varia de la cel puțin 1 km, dacă este vorba de o zonă urbană, pană la cel mult 30 de km în altfel de zone. Rețeaua GSM este compusă din trei părți principale, stația mobilă (MS), stația bază de emisie – recepție (BTS) care controlează conectarea cu stația mobilă, stația bază de control (BSC) care controlează statia bază de emisie – recepție și oficiul central de schimbare (MSC).

Sistemul GSM conține 4 subsisteme:

stația mobilă, MS,

subsistemul stațiilor de bază, BSS

subsistemul rețea și de comutare, NSS

subsistemul de operare și întreținere

Stația Mobilă, (MS) este formată dintr-un telefon mobil digital și un card SIM. SIM-ul (Modul de Identitate a Abonatului) este un card care se potrivește în telefon și este de două mărimi – ori mărime mare (aceiași mărime ca o carte de credit) sau versiunea unei bucăți mici. Micro procesorul SIM-ului este bazat pe un chip de silicon care este conceput să tolereze temperaturile între -25 grade celsius și +70 grade celsius, și va rezista deasemenea la o umiditate mai mare de 85%. În orice caz siliconul este fragil și, de aceea, dacă cardul este falsificat, fizic și electronic, cardul va deveni nefolositor. SIM-ul conține toate detaliile de identificare, la fel ca și IMSI (Identitatea Internațională a Abonatului Mobil. Acesta este un șir numeric, unde primele 3 cifre reprezintă țara de unde este SIM-ul, următorul reprezintă operatorul din acea țară. Celelalte cifre reprezintă identitatea abonatului), memoriile telefonului, informație despre plată, SMS-uri, numere pin și informații internaționale despre roaming. Un card IMEI (Echipament Mobil Internațional de Identitate) este numărul de serie a telefonului GSM care este echivalent cu numărul ESN într-un telefon analog, acesta este fixat în telefon și nu poate fi schimbat. Cardul SIM conține un număr IMSI care identifică utilizatorul la rețea înainte cu un alt utilizator și informație de securitate. Prin intermediul telefonului mobil (stația mobilă), utilizatorul inițiază o convorbire, care ia calea undelor radio, acestea transmițând apelul către BTS

Stația Bază de Emisie – Recepție constă într-un radio de emisie – recepție cu antenă care acoperă o singură celulă. BTS administrează comunicațiile cu stația mobilă (MS) prin interfața radio. BTS -urile sunt toate conectate împreună ca să-ți permită să te muți de la o celulă la alta. Antena poate lua forme diferite, în Marea Britanie au început să fie folosite cele în formă de stâlp, dar normal are trei celule direcționale.

Stația Bază de Control administrează mai multe BTS-uri. Controlează alocarea, eliberează canalele radio, face conectare rapidă între celule. O serie de BTS -uri sunt conectate la fiecare stație bază de control. BSC supraveghează fiecare apel și decide când și la care BTS să expedieze un apel.

Restul rețelei: Câteva BSC-uri sunt controlate de MSC, MSC-ul lucrează cu 4 date de bază (HLR, VLR, EIR și AUC) și împreună administrează comunicațiile între Stația Mobilă a utilizatorului și alte tipuri de rețea. Fiecare dintre baza de date are treaba ei și sunt după cum urmează:

Registru de Locație a Operatorului (HLR) – este baza de date principală pentru toți abonații. Conține detalii despre identificarea fiecărui abonat, servicii la care are acces și locațiile în care abonatul a fost ultima dată înregistrat.

Registru de locație a clientului (VLR) – este o bază de date care este legată la MSC și temporal înmagazinează informații despre fiecare stație mobilă în interiorul unei zone aprovizionate de MSC. Informația care este temporar memorată în VLR este suficientă ca să permită stației mobile în interiorul acelei zone MSC să dea sau să primească apeluri.

Registru de identitate cu echipament (EIR) – asigură ca toate Echipamentele Mobile să fie valabile și autorizate să funcționeze pe PLMN. Există trei categorii în EIR, o lista albă, o listă gri și o listă neagră.

Centru de autentificare (AUC) – Centru de autentificare este folosit ca să valideze cartela SIM ca fiind folosită de Stația Mobilă. Informația secretă care este păstrată în AUC și care este înregistrată și în cartela SIM este folosită pentru a îndeplini un calcul matematic complex. Autentificarea are loc dacă rezultatele acestor două calcule se potrivesc.

Sistemul GSM utilizează o combinație de tehnici de acces la canalul radio:

multiplexarea în frecventă (FDMA i despre identificarea fiecărui abonat, servicii la care are acces și locațiile în care abonatul a fost ultima dată înregistrat.

Registru de locație a clientului (VLR) – este o bază de date care este legată la MSC și temporal înmagazinează informații despre fiecare stație mobilă în interiorul unei zone aprovizionate de MSC. Informația care este temporar memorată în VLR este suficientă ca să permită stației mobile în interiorul acelei zone MSC să dea sau să primească apeluri.

Registru de identitate cu echipament (EIR) – asigură ca toate Echipamentele Mobile să fie valabile și autorizate să funcționeze pe PLMN. Există trei categorii în EIR, o lista albă, o listă gri și o listă neagră.

Centru de autentificare (AUC) – Centru de autentificare este folosit ca să valideze cartela SIM ca fiind folosită de Stația Mobilă. Informația secretă care este păstrată în AUC și care este înregistrată și în cartela SIM este folosită pentru a îndeplini un calcul matematic complex. Autentificarea are loc dacă rezultatele acestor două calcule se potrivesc.

Sistemul GSM utilizează o combinație de tehnici de acces la canalul radio:

multiplexarea în frecventă (FDMA – Frecquency Division Multiple Access)

multiplexarea în timp (TDMA – Time Division Multiple Access).

Inițial, pentru sistemul GSM a fost alocată bandă de 900 MHz, iar mai târziu au fost alocate frecvențe și la 1.800 MHz pentru al doilea sistem, care în esență este similar cu GSM, numit DCS (Digital Communication System pe 1.800 MHz). În cadrul GSM, fiecare celulă deservită de o stație radio de bază (Base Tranciver Station – BTS) admite maxim 200 de canale full-duplex. Fiecare canal este constituit dintr-o frecventă purtătoare tur, de la stația mobilă la stația de bază (uplink) în gama 890…915 MHz, și o frecventă purtătoare retur, de la stația de bază la stația mobilă, (downlink) în gama 935…960 MHz. Fiecare bandă de frecvență are o lărgime de 200 kHz. Într-un cadru TDMA sunt alocate opt intervale de timp (time-slots) pentru semnalele vocale sau de date. În cadrul benzii standard de 25 MHz alocată pentru serviciile de telecomunicații mobile, fiecare dintre cele 124 de canale de frecvența suportă opt conexiuni separate, utilizând multiplexarea prin diviziunea timpului (TDMA), dând astfel posibilitatea alocării celor 124 de purtătoare la – teoretic – 992 de canale vocale sau de date. Pentru a evita interferențele cu celule vecine, multe canale nu sunt utilizate.

1.4 Modulația folosită în GSM

Modulația este procesul prin care se modifică unul sau mai mulți dintre parametri semnalului transmis prin canalul de comunicație, astfel încât el să conțină informația semnalului inițial care se dorește a fi trimis. Acest semnal se extrage la recepție din purtătoarea modulată folosind un procedeu invers modulării numit demodularea.

Tipuri de modulație:

Există trei tipuri principiale de modulație, celelalte procedee de modulație fiind combinații ale acestora, în cele mai multe cazuri. Acestea sunt:

Modulația de amplitudine (Figura 1.4)

Modulația de frecvență (Figura 1.5)

Modulația de fază (Figura 1.6)

Atunci când semnalul modulator nu este un semnal analogic ci unul digital, ne referim la modulația digitală. Cel mai simplu procedeu de modulație în amplitudine cu un semnal modulator având doar 2 valori (0 și 1) este denumit OOK-On-Off Keying.

Figura 1.7 Semnal OOK-On-Off Keying

Atunci când se modifică frecvența purtătoarei procedeul se numește FSK-Frequency Shift Keying. Acest tip de modulație s-a folosit în MODEM-urile telefonice.

Figura 1.6 Modulația FSK

Atunci când se modifică faza purtătoarei procedeul se numește PSK-Phase Shift Keying. Există mai multe procedee de modulație tip PSK, BPSK, DPSK, QPSK, 8PSK, 16PSK, MSK și altele.

1.4.1 Modulația de tip BPSK

Binary Phase Shift Keeing, (BPSK) adică modulație în fază semnalului binar. Semnalul digital poate fi modulat în fază în mai multe moduri, dar toate aceste moduri implică de fapt schimbarea fazei, unei frecvențe purtătoare. Tipul de modulare a impulsului binar este doar un caz particular al modulației PSK, el nefiind cel mai bun deoarece pe o perioadă a purtătoarei se poate trimite maxim un bit adică un nivel, superior sau inferior, care nu este cea mai bună situație, dar care implică doar două posibilități ale fazei purtătoarei: să treacă neschimbată sau să fie defazată cu 180 grade.

Spre deosebire de alte tipuri de modulație cu purtătoare armonică, BPSK este mult mai simplă, modulatorului revenindu-i datoria de a schimba faza purtătoarei funcție de stare bitului de codat. Astfel modulatorul lucrează pe următorul principiu: defazează purtătoarea cu 180 grade când a intrat în modulator 1 și lasă neschimbată purtătoarea dacă intră un bit de valoare 0. Spre deosebire de alte tipuri de modulație cu purtătoare armonică, BPSK este mult mai simplă, modulatorului revenindu-i datoria de a schimba faza purtătoarei în funcție de stare bitului decodat.

Figura 1.7 Modulația BPSK

1.4.2 Modulația de tip QPSK

În modulația QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) se transmit câte doi biți în loc de unul singur în același interval de timp, folosind o singură fază și se dublează astfel rata de bit pentru aceeași rată de semnalizare și aceeași bandă de frecvențe a semnalului modulat.

Sunt însă necesare N=4 faze distincte, uniform distribuite pe cercul trigonometric (în cuadratură, adică cu unghiuri de 90° între ele), pentru a transmite toate valorile posibile ale grupurilor formate din câte 2 biți.

La modulația cu 4 faze (QPSK), șirul de biți de transmis se împarte în două secțiuni, una alcătuită din biții pari și cealaltă din biții impari, formându-se două semnale modulatoare m1(t) și m2(t), care sunt utilizate simultan pentru modularea purtătoarei. Se asociază astfel câte o fază sau un salt de fază unui grup de 2 biți consecutivi. În figura 1.8 este prezentată forma de undă a semnalului QPSK absolut rezultat prin modularea purtătoarei cu semnalele modulatoare obținute din secvența de biți “00,01,10,01,11,11,10,00”.

Figura 1.8 Modulația QPSK

Acest procedeu de modulație permite transmiterea unor simboluri care conțin 4 stări distincte: 45°, 135°, 225°și 315°. Se poate transmite astfel o informație de 2 biți pe simbol (4=2²).

Figura 1.9 Semnalul modulat QPSK

1.4.3 Modulația de tip 8PSK

Diagrama fazorială a semnalului 8PSK este prezentată în Figura 1.10

Figura 1.10 Diagrama fazorială a semnalului 8PSK

Iar semnalul modulat 8PSK arată astfel:

Figura 1.11 Semnalul modulat 8PSK

1.4.4 Modulația MSK

Modulația MSK se obține din OQPSK prin înlocuirea impulsului rectangular cu unul sinusoidal (de jumătate de perioadă). Semnalul MSK este definit astfel:

S(t) = d(t) cos (πt/2T) cos 2πft + d(t) sin (πt/2T) (1.1)

În modulația MSK modificările de fază sunt lineare și limitate la ±π/2 pe durata unui interval de bit, T.

Deci, în comparație cu QPSK, MSK prezintă avantajul că, datorită modificării lineare a fazei, densitatea spectrală de putere are lobii laterali mai mici, ceea ce conduce la un control mai eficient al interferenței între canalele adiacente (lobul central are însă o lățime mai mare decât în QPSK).

1.4.5 Modulația GMSK (Gaussian Mimimum Șhift Keying)

Un filtru trece jos (FTJ) cu caracteristica de tip Gaussian generează un semnal cu lobii laterali de amplitudine mică și un lob principal mai îngust decât în cazul impulsului rectangular. Modulația cu un astfel de semnal este denumită GMSK.

Există două moduri de a genera un semnal GMSK:

modulația cu deviație de frecvență

modulația cu deviație de fază în cuadratură

Capitolul 2. Circuite pentru procesarea semnalului audio în telefonia mobilă

În telefonia mobilă sunt utilizate o serie de circuite integrate specializate pentru procesarea semnalelor audio. Dintre acestea se prezintă mai jos circuitele: TLV320AIC3106, LP5900, SSM2315 și NTZD3154NT.

2.1 TLV320AIC3106

Este Codecul-Audio al unui telefon mobil. El este procesorul sistemului audio și dă comandă în tot blocul audio al unui telefon. Poate fi folosit și la camerale foto digitale.

2.1.1 Noțiuni generale

TLV320AIC3106 este un codec audio stereo de mică putere cu amplificator pentru căști stereo, precum și cu mai multe intrări și ieșiri programabile într-un singur capăt sau configurații complet diferențiale. Permite redare stereo 48-kHz DAC mai mică de 15 mW de la o sursă de alimentare analogică de 3.3-V, făcându-l ideal pentru echipament audio portabil alimentat cu baterie și aplicații de telefonie.

Calea de înregistrare a TLV320AIC3106 conține integrat un microfon, un preamplificator stereo cu control digital pentru microfon și un ”Automatic Gain Control” (AGC), cu capacitatea de mix/mux printre multiple intrări analogice. Filtre programabile sunt disponibile în timpul înregistrării, care pot elimina zgomotul sonor care poate apărea în timpul zoom-ului optic la camerele digitale. Calea de redare include capacitatea mix/mux din stereo DAC și intrările selectate, prin controale de volum programabile la ieșiri diferite.

TLV320AIC3106 conține patru drivere de ieșire de mare putere, precum și trei drivere de ieșire complet diferențiale. Driverele de ieșire de mare putere sunt capabile de a conduce o varietate de configurații de sarcină, inclusiv până la patru canale pentru căști într-un singur capăt de 16 Ω folosind condensatori AC, sau căști stereo de 16 Ω într-o configurație de ieșiri fără condensator.

DAC audio stereo suportă rate de eșantionare de la 8 kHz la 96 kHz și include filtrare digitală programabilă în calea DAC pentru 3D, bas, înalte, efectele de gamă medie, egalizator de vorbire, și un intensificator de 32 kHz, 44.1 kHz, și 48 kHz. ADC audio stereo suportă rate de eșantionare de 8 kHz la 96 kHz și este precedată de amplificatoare de câștig programabile sau AGC, care poate oferi până la 59,5 dB câștig analog pentru intrări microfoane low-level.

TLV320AIC3106 oferă o gamă extrem de mare de programare atât pentru attack (8 ms -1400 ms) cât și pentru decay (0,05 s – 22.4 s). Acest lucru a extins gama AGC și permite AGC să fie reglat pentru mai multe tipuri de aplicații.

Pentru aplicații de economisire a bateriei în cazul în care nici semnalul analog, nici semnalul digital de procesare, nu sunt necesare, dispozitivul poate fi pus într-un mod special de semnal analogic passthru. Acest mod reduce semnificativ consumul de energie, deoarece cea mai mare parte a dispozitivului este oprit în timpul operației passthrough.

Serialul pentru magistrala de date de control suportă protocoale SPI sau I2C, în timp ce serialul pentru magistrala de date audio este programabil pentru I2S, stânga / dreapta, justified, moduri DSP sau TDM. Un PLL cu programabilitate foarte mare este inclus pentru generarea de ceas flexibil și suport pentru toate ratele standard audio de la o gamă largă de MCLKs disponibile, variind de la 512 kHz la 50 MHz, cu o atenție specială la cazurile cele mai frecvente de 12 MHz, 13 MHz, 16 MHz, 19.2 MHz, și 19.68 MHz ceasuri de sistem.

TLV320AIC3106 funcționează de la o sursă analog de 2,7 V- 3.6 V, o sursă de bază digitală de 1.525 V- 1.95 V, și o sursă digitală I/O de 1,1 V- 3.6 V.

Figura 2.1 Schema bloc simplificată

Figura 2.2 48-PIN Pachetul de plumb Figura 2.3 Cei 80 de pini ai BGA-ului

2.1.2 Configurația pinilor

A2 13 MICBIAS tensiunea bias de ieșire microfon

A1 14 MIC3R intrare MIC3 (dreapta sau multifuncțional)

C2, D2 15 AVSS_ADC alimentare la sol ADC analog, 0 V

B1, C1 16,17 DRVDD tensiune de alimentare ADC analog și diver de ieșire 2,7 V-3,6V

D1 18 HPLOUT driver de ieșire de mare putere (stânga +)

E1 19 HPLCOM driver de ieșire de mare putere (stânga -, sau multifuncțional)

E2, F2 20,21 DRVSS alimentare la sol driver analog de ieșire, 0 V

F1 22 HPRCOM driver de ieșire de mare putere (dreapta -, sau multifuncțional)

G1 23 HPROUT driver de ieșire de mare putere (dreapta +)

H1 24 DRVDD tensiune de alimentare ADC analog și driver de ieșire 2,7 V – 3,6 V

J1 25 AVDD_DAC tensiunea de alimentare DAC analog 2,7 V- 3,6 V

G2, H2 26 AVSS_DAC alimentare la sol DAC analog, 0 V

J2 27 MONO_LOP linie de ieșire mono (+)

J3 28 MONO_LOM linie de ieșire mono (-)

J4 29 LEFT_LOP linie de ieșire stânga (+)

J5 30 LEFT_LOM linie de ieșire stânga (-)

J6 31 RIGHT_LOP linie de ieșire dreapta (+)

J7 32 RIGHT_LOM linie de ieșire dreapta (-)

H8 33 RESET Reset

J8 34 GPIO2 intrare/ieșire de uz general 2 (intrare / ieșire) / intrare de date microfon digital / intrare ceas PLL/ intrare/ieșire serial magistrală de date ceas audio

J9 35 GPIO1 intrare/ieșire de uz general 1 (intrare / ieșire) / ieșire mux ceas PLL / întrerupere scurtcircuit / steag de zgomot AGC / intrare /ieșire magistrală de date microfon digital ceas audio

H9 36 DVDD tensiune de alimentare bază digitală 1.65 V–1.95 V

G8 37 MCLK intrare master clock

G9 38 BCLK intrare/ieșire serial magistrală audio bit clock

F9 39 WCLK intrare/ieșire serial magistrală audio word clock

E9 40 DIN intrare date serial magistrală audio

F8 41 DOUT ieșire date serial magistrală audio

D9 42 DVSS alimentare la sol bază digitală I/O -0V

E8 43 SELECT pin selectare Control mode (1 = SPI, 0 = I2C)

C9 44 IOVDD tensiune de alimentare I/O 1.1 V–3.6 V

B8 45 MFP0 pin multifuncțional 0 – SPI chip select / GPI / I2C adresă pin 0

B9 46 MFP1 pin multifuncțional 1 – SPI serial clock / GPI / I2C adresă pin 1S

A8 47 MFP2 pin multifuncțional 2 – SPI MISO slave serial data output / GPOI

A9 48 MFP3 pin multifuncțional 3 – SPI MOSI slave serial data input/GPI/intrare serial magistrala de date audio

C8 1 SCL I2C serial clock/GPIO

D8 2 SDA I2C intrare/ieșire serial date/GPIO

A7 – NC No connect

A6 3 LINE1LP MIC1 intrare linie analoagă 1 (stânga + sau multifuncțional)

A5 4 LINE1LM MIC1 intrare linie analoagă 1 (stânga – sau multifuncțional)

B7 5 LINE1RP MIC1 intrare linie analoagă 1 (dreapta + sau multifuncțional)

B6 6 LINE1RM MIC1 intrare linie analoagă 1 (dreapta – sau multifuncțional)

A4 7 LINE2LP MIC2 intrare linie analoagă 2 (stânga + sau multifuncțional)

B5 8 LINE2LM MIC2 intrare linie analoagă 2 (stânga – sau multifuncțional)

B4 9 LINE2RP MIC2 intrare linie analoagă 2 (dreapta + sau multifuncțional)

A3 10 LINE2RM MIC2 intrare linie analoagă 2 (dreapta – sau multifuncțional)

B3 11 MIC3L MIC3 intrare (stânga sau multifuncțional)

B2 12 MICDET Microphone detect

D3-D7, nu este conectat

E3-E7, nu este conectat

F3-F7 nu este conectat

G3-G7, nu este conectat

H3-H7 nu este conectat

Figura 2.4 Schema de montaj a circuitului integrat

TLV320AIC3106 este un codec audio stereo de putere mică, extrem de flexibil, cu caracteristici extinse de integrare, destinate pentru aplicații în smartphone-uri, PDA-uri și calculatoare portabile, de comunicare și aplicații de divertisment.Integrează o serie de caracteristici pentru a reduce costurile, spațiul pe placa de bază și consumul de energie în spațiu constrâns, alimentare de la baterii, aplicații portabile.

TLV320AIC3106 este format din următoarele blocuri:

stereo audio multi-bit delta-sigma DAC (8 kHz-96 kHz)

stereo audio multi-bit delta-sigma ADC (8 kHz-96 kHz)

efecte de procesare audio digitale programabile (3-D, bass, înalte, medii, egalizator, filtru)

șase intrări audio

patru drivere audio de ieșire de mare putere

trei drivere de ieșire pentru linii complet diferențiale

PLL complet programabil

caști / set de căști cu jack de detectare de întrerupere.

Comunicarea de control cu TLV320AIC3106 este pin-selectabilă (folosind pin-ul SELECT), fie ca SPI sau I2C. Interfața SPI impune ca semnalul Slave Select (MFP0) să fie scăzut condus pentru a comunica cu TLV320AIC3106. Datele sunt apoi mutate în/sau din TLV320AIC3106 sub controlul microprocesorului gazdă, care furnizează, de asemenea, serial de date pentru ceas. Interfața I2C suportă atât moduri de comunicare standard cât și rapide, și permite, de asemenea legarea în cascadă de până la patru codecuri multiple pe același magistrală de date I2C, prin utilizarea a doi pini de adresă (MFP0, MFP1).

2.1.3 Resetare hardware

TLV320AIC3106 necesită o resetare hardware, după pornire, pentru o funcționare corectă. După ce toate sursele de alimentare ajung la valorile lor specifice, pin-ul RESET trebuie scăzut pentru cel puțin 10 ns. În cazul în care această secvență de resetare nu este efectuată, TLV320AIC3106 nu poate răspunde în mod corespunzător pentru a înregistra citiri / scrieri.

2.1.4 Interfața Serial Control digital

Interfața de control TLV320AIC3106 susține protocoale de comunicații SPI sau I2C, cu selectarea protocolului folosind pin-ul SELECT. Pentru SPI pin-ul Select trebuie să fie legat la tensiune înaltă; pentru I2C, SELECT ar trebui să fie legat la tensiune joasă. Nu este recomandat pentru a schimba starea de SELECT în timpul funcționării aparatului.

2.1.5 Modul de control I2C

Protocolul I2C a fost dezvoltat pentru a crea un canal de comunicație între circuite integrare (CI). I2C constă fizic în linii 2 active și o conexiune de împământare. Liniile active sunt denumite SDA și SCL, Ambele linii sunt bidirecționale. SDA este Serial Date Line iar SCL este Serial Clock Line.

Orice driver conectat la bus are adresa sa unică fară a conta dacă este MMU, driver LCD, memorie sau ASIC. Fiecare din aceste cipuri poate primi și / sau transmite depinzând de funcționalitatea dorită. Evident un driver LCD poate doar primi în timp ce o memorie sau un dispozitiv I/O poate primi și transmite date.

I2C este un bus multi-master. Astfel pe în I2C bus pot fi conectate mai multe circuite integrate capabile să inițieze transferuri de date. Protocolul I2C specifică că integratul care inițializează conexiunea este considerat Bus Master . În consecință restul circuitelor conectate la I2C sunt privite ca Bus Slaves.

Cum Bus Master sunt microcontrolere (MCU) iată cum arată o secvență de comunicație pe I2C.

MCU trimite secvența START . În acest moment toate circuitele de pe bus trec în modul recepție.

MCU trimite ADRESA circuitului cu care vrea să comunice împreună cu flagul operației (READ / WRITE) .

Circuitele compară ADRESA cu adresa proprie și dacă nu îi este destinat mesajul așteaptă condiția de STOP

Dacă un circuit are ADRESA dorită de MCU atunci chipul va produce un mesaj ACKNOWLEDGE

Apoi se trece la transferul datelor. Când s-au terminat de transferat datele se trimite secvența de STOP.

TLV320AIC3106 suportă I2C Control Protocol atunci când pin-ul SELECT este legat la tensiune joasă, folosind 7-biți de adresare și capabil de ambele moduri, standard și rapid. Pentru modul rapid I2C, de reținut ca momentul minim pentru fiecare dintre THD-STA, THU-STA, și TSU-STO este 0,9 µs. Când în modul de control I2C, TLV320AIC3106 poate fi configurat pentru una din cele patru adrese diferite, folosind pinii multifuncționali MFP0 MFP1, care controlează cele două LSBs ale adresei dispozitivului. Cele 5 MSBs ale adresei dispozitivului sunt fixate ca și 00110 și nu pot fi schimbate, în timp ce cele două LSBs sunt date de MFP1: MFP0. Acest rezultat este posibil în patru adrese ale dispozitivului:

Tabelul 2.4 Salvarea adreselor I2C

Figura 2.5 Semnalele SDA, SCL

I2C este o interfață deschisă de scurgere open-drain cu două fire, ce suportă mai multe dispozitive slave și master pe o singură magistrală. Dispozitive de pe magistrala I2C conduce doar magistrale de linii joase prin conectarea acestora la masă, ele niciodată nu conduc magistrale de linii înalte. În schimb, firele magistralelor sunt trase la tensiune mare prin rezistori pull-up, astfel încât tensiunile în firele magistralelor sunt ridicate atunci când nici un dispozitiv nu ține jos. În acest fel, două dispozitive nu pot intra în conflict, în cazul în care două dispozitive conduc magistrala simultan, nu există nici o dispută între drivere.

Figura 2.6 Scriere pe I2C

Figura 2.7 Citire de pe I2C

Unde (M)= SDA controlată de Master

(S)= SDA controlată de Slave

Comunicarea pe magistrala I2C are loc întotdeauna între două dispozitive, unul în calitate de master și celălalt în calitate de slave. Atât master-ul cât și slave-ul pot efectua citiri și scrieri, dar slave-ul poate face acest lucru doar sub îndrumarea master-ului. Unele dispozitive I2C pot acționa în calitate de master sau slave, dar TLV320AIC3106 poate acționa doar ca și dispozitiv slave.

O magistrală I2C constă din două linii, SDA și SCL, SDA transport datele iar SCL furnizează ceasul. Toate datele sunt transmise pe magistrala I2C în grupuri de opt biți. Pentru a trimite un bit pe magistrala I2C, linia SDA este condusă la nivel adecvat în timp ce SCL este LOW (LOW pe SDA indică că bit-ulit este zero, HIGH indică că bit-ul este unul). Odată stabilită linia SDA, linia SCL este adusă HIGH, apoi LOW. Acest impuls pe SCL atenționează bit-ul SDA în registrul de deplasare.

Magistrala I2C este bidirecțională: linia SDA este folosită atât pentru transmiterea cât și pentru primirea de date. Atunci când master-ul citește de pe slave, slave-ul conduce linia de date, iar când master-ul transmite pe slave, master-ul conduce linia de date. În condiții normale, master-ul conduce clock line-ul.

În cea mai mare parte a timpului magistrala este inactivă, nici o comunicare nu are loc, și ambele linii sunt HIGH. Când comunicarea are loc, magistrala este activă. Numai dispozitivele master pot porni o comunicare. Ele fac acest lucru producând o condiție START pe magistrală. În mod normal, linia de date este permisă numai pentru a schimba starea (condiția) în timp ce clock line-ul este LOW. Dacă linia de date modifică starea în timp ce clock line-ul este HIGH, este ori o condiție START, ori dinpotrivă o condiție STOP. O condiție START este atunci când clock line-ul este HIGH, iar linia de date merge de la HIGH la LOW. O condiție STOP este atunci când clock line-ul este HIGH, iar linia de date merge de la LOW la HIGH.

După ce master-ul emite o condiție START, acesta trimite un octet care indică cu care dispozitiv slave vrea să comunice. Acest octet se numește octet de adresă. Fiecare dispozitiv de pe o magistrală I2C are o adresa unică de 7 biți care răspunde. (Slave-urile pot avea, de asemenea, adrese de 10 biți). Master-ul trimite o adresă în octetul de adresă, împreună cu un bit care indică dacă dorește să citească sau să scrie de pe dispozitivul slave.

Fiecare octet transmis pe magistrala I2C, indiferent dacă aceasta este de adresa sau de date, este recunoscut cu un bit de recunoaștere. Atunci când un master a terminat de trimis un octet (opt biți de date) pentru un slave, se oprește conducerea SDA și așteaptă slave-ul să recunoască octetul. Slave-ul recunoaște octetul trăgând SDA LOW. Master-ul trimite apoi un clock pulse să semnalizeze bit-ul de recunoaștere. În mod similar, atunci când un master a terminat de citit un octet, trage SDA LOW să confirme aceasta slave-ului. Apoi trimite un clock pulse bit-ului.

2.1.6 Controlul digital al volumului

DAC audio digital, include un bloc de control de volum, care pune în aplicare un câștig digital programabil. Nivelul volumului poate fi variat de la 0 dB la -63.5 dB în unități de 0,5 dB, adițional unui bit mut, independent pentru fiecare canal. Nivelul de volum pentru ambele canale poate fi de asemenea modificat simultan de master-ul de control volum. Schimbările dobândite sunt puse în aplicare cu un algoritm soft-stepping, care schimbă doar volumul actual cu un pas pentru fiecare probă intrată, fie în sus fie în jos, până când se ajunge la volumul dorit. Rata de soft-stepping poate fi încetinită la un pas pe două probe intrate printr-un bit de înregistrare.

Din cauza soft-stepping-ului, gazda nu știe când DAC a fost de fapt oprit. Acest lucru poate fi important dacă gazda dorește să dezactiveze DAC înainte de a face o schimbare semnificativă, cum ar fi schimbarea de probe. În scopul de a ajuta cu această situație, aparatul oferă un flag înapoi la gazdă prin intermediul unui bit de înregistrare read-only care alertează gazda atunci când componenta a finalizat soft-stepping-ul, volumul real a atins nivelul volumului dorit. Caracteristicile soft-stepping pot fi dezactivate prin intermediul registrului de programare. Dacă soft-stepping-ul este activat, semnalul MCLK ar trebui să fie păstrat aplicat asupra dispozitivului până power-down flag-ul DAC este setat. Când aceasta este setat, soft-stepping-ul intern procesează și secvența de oprire este completă, iar MCLK poate fi apoi oprit, dacă se dorește.

TLV320AIC3106 include, de asemenea, o funcție pentru a detecta atunci când utilizatorul pornește sau oprește de-emphasis-ul sau funcțiile audio digitale de prelucrare, la prima(1) oprește DAC volume control, (2) schimbă funcționarea efectelor digitale de prelucrare, și (3) repornește componenta. Acest lucru evită orice posibile pop/clicks-uri în ieșirea audio datorită schimbărilor instantanee în filtrare. Circuitul începe funcționarea la pornire cu control de volum mut, apoi îl reglează treptat până la nivelul de volum dorit.

2.1.7 Controlul Audio-DAC

DAC stereo poate fi complet pornit sau oprit, și în plus, circuitele analogice în fiecare canal DAC pot fi pornite sau oprite independent. Aceasta oferă economisire de energie atunci când este necesară numai o redare mono.

2.1.8 Generarea MICBIAS

TLV320AIC3106 include o tensiune de ieșire de microfon bias programabilă (MICBIAS), capabil să furnizeze tensiuni de ieșire de 2,0 V sau 2,5 V (ambele derivate din tensiunea on-chip bandgap), cu unitate de ieșire de 4 mA. În plus, MICBIAS pot fi programat pentru a fi trecut la AVDD direct, printr-un comutator on-chip, sau poate fi oprit complet atunci când nu este necesar, pentru economisire de energie.

2.1.9 Protecția la scurtcircuit

TLV320AIC3106 include protecție la scurtcircuit programabilă pentru drivere de ieșire de mare putere, pentru flexibilitate maximă într-o aplicație dată. În mod implicit, în cazul în care aceste drivere de ieșire sunt scurtcircuitate, ele, în mod automat vor limita cantitatea maximă de curent care poate fi trimisă sau scoasă dintr-o încărcătură, protejând astfel dispozitivul de la o stare de supracurent. Cu toate acestea, dispozitivul dispune capacitatea de a opri în mod automat un driver de ieșire ori de câte ori este într-un scurtcircuit de protecție, fără a necesita intervenție din partea utilizatorului. În acest caz, driver-ul de ieșire va fi într-o stare de stand-by până când utilizatorul îl programează special să restarteze, pentru a șterge semnalul scurtcircuitului.

2.1.10 Comutarea I/O

TLV320AIC3106 are doi pini dedicați pentru comutatorul I/O de uz general. Aceștia pot fi folosiți pentru a citi statutul semnalelor externe, prin intermediul registru de citire, când este configurat ca intrare de uz general.

Pe lângă aceste funcții standard GPIO, acești pini de asemenea pot fi folosiți într-o varietate de moduri, cum ar fi ieșiri pentru ceasuri interne și semnale de întrerupere.

TLV320AIC3106 generează o varietate de întreruperi de utilizare procesorului gazdă cum ar fi întreruperi în detecția Jack, apăsarea butonului, detectarea scurtcircuitelor, detectarea de zgomote AGC. Toate aceste întreruperi pot fi dirijate în mod individual prin pinii GPIO sau pot fi combinat cu un circuit logic. În cazul unei întreruperi combinate, utilizatorul poate citi registrul de statut intern pentru a găsi cauza reală de întrerupere. Când este configurat ca întrerupere, TLV320AIC3106 oferă, de asemenea, flexibilitatea de a genera un singur impuls sau un lanț de impulsuri până când registrul de stări de întrerupere este citit de către utilizator.

2.2 LP5900

LP5900 Acest integrat este un stabilizator de tensiune, în care tensiunea de intrare este de 3.7 V, și tensiunea ENABLE de 1.8V, la ieșire având o tensiune stabilizată la 3.0 V.

Această tensiune de 3.0V este una dintre cele mai importante tensiuni de alimentare a integratului audio, alături de tensiunea de 1.8V, denumită tensiune VAUD

2.2.1 Noțiuni generale

LP5900 este un regulator liniar capabil să furnizeze un curent de ieșire 150 mA. Proiectat pentru a satisface cerințele RF/ Circuite analogice, dispozitivul LP5900 produce zgomot redus, PSRR înalt, curent static redus, și tranzitorii de răspuns de linie joasă. Utilizând tehnici inovatoare de design LP5900 oferă dispozitive de ultimă generație a zgomotului fără un condensator by-pass de zgomot.

Aparatul este proiectat să funcționeze cu condensatoare ceramice de intrare și de ieșire 0.47 μF. (nu este necesar condensator by-pass).

Dispozitivul este încapsulat în pachetul de micro SMD și pachetul de LLP. De asemenea, disponibil în pachetul Extreme Thin micro SMD. Acest aparat este disponibil cu ieșiri 1.5V, 1.575V, 1.8V, 1.9V, 2.0V, 2.1V, 2.2V, 2.3V, 2.5V, 2.6V, 2.65V, 2.7V, 2.75V 2.8V, 2.85V 3.0V, 3.3V și 4.5V.

Figura 2.8 Schema electronică LP5900

2.2.2 Configurația pinilor

VEN – Activează intrarea, dezactivează regulatorul atunci când ≤ 0.4V. Activează regulatorul atunci când ≥ 1.2V. Un rezistor intern vertical de 1 MΩ conectează această intrare la masă.

VOUT – Tensiune de ieșire. Un condensator de 0.47 μF LOW ESR ar trebui să fie conectat la acest pin. Conectați această ieșire la circuitul de încărcare

VIN – Tensiune de intrare. Un condensator de 0.47 μF ar trebui să fie conectat la această intrare.

GND – Conectat la masă.

2.2.3 Puterea disipată și funcționarea dispozitivului

Puterea disipată admisă pentru orice pachet este o măsură de capacității a dispozitivului de a trece de căldura de la sursă, intersecțiile IC, până la radiatorul final, mediul înconjurător. Astfel, puterea disipată depinde de temperatura mediului ambiant și rezistența termică de-alungul diferitelor interfețe dintre matriță și aerul ambiental. Puterea disipată admisibilă pentru aparat într-un anumit pachet poate fi calculat folosind ecuația:

PD= (VIN – VOUT )* IOUT

Aceasta stabilește relația dintre puterea disipată permisă din cauza considerentelor termice, căderea de tensiune în dispozitiv, și capacitatea curentului continuu al dispozitivului. Această informație este necesară pentru a determina condițiile optime de funcționare.

Un condensator de intrare este necesar pentru stabilitate. Condensatorul de intrare ar trebui să fie cel puțin egal sau mai mare decât condensatorul de ieșire. Se recomandă ca un condensator 0.47 μF fi conectat între pini de intrare LP5900 și sol.

LP5900 este conceput special pentru a lucra cu condensatoare ceramice de ieșire foarte mici. Un condensator ceramic (dielectric de tip X5R sau X7R), în intervalul 0.47 μF și 10 μF și cu ESR între 5 mΩ la 500 mΩ, este potrivit în circuitul LP5900. Pentru acest dispozitiv condensatorul de ieșire ar trebui să fie conectat între pinul VOUT și o foarte bună conectare la masă.

LP5900 poate fi comutat ON sau OFF cu o intrare logică la pin-ul ENABLE. Când pin-ul ENABLE este LOW, regulatorul de ieșire este oprit și dispozitivul de obicei consumă 3nA. Totuși, dacă aplicația nu necesită închidere, VEN PIN poate fi legat la VIN pentru a menține regulatorul de ieșire permanent pornit. În acest caz tensiunea de alimentare trebuie să fie stabilită în totalitate de 500 μs sau mai puțin pentru a asigura funcționarea corectă a circuitului de pornire. Un rezistor vertical de 1MΩ leagă intrarea VEN la masă, aceasta asigură că dispozitivul va rămâne oprit atunci când pinul ENABLE este lăsat deschis. Pentru a asigura funcționarea corectă, sursa semnal utilizată pentru a conduce intrarea VEN trebuie să fie în măsură să schimbe între tensiunile de pornire/oprire.

2.3 SSM2315

SSM2315 este amplificatorul audio și poate fi folosit la MP3 playere, jocuri portabile, jocuri educaționale, echipamente electronice portabile cât și la sistemul audio în telefoanele mobile.

2.3.1 Noțiuni generale

SSM2315 este un circuit integrat complex, de înaltă eficiență, amplificator audio de clasa D. Acesta este conceput pentru a maximiza performanțele aplicațiilor audio pentru telefonul mobil. Aplicația necesită utilizarea unui minim de component externe și funcționează alimentat de la o singură sursă de tensiune care poate da de la 2,5 V la 5,5 V. Este capabil de a oferi o putere de ieșire de 3 W.

SSM2315 dispune de un randament ridicat, sistem de modulație cu zgomot redus care nu necesită filtre de ieșire LC. Modulația continuă să ofere o eficiență ridicată chiar și la putere de ieșire joasă.

Acesta funcționează cu 93% eficiență la 1,4 W în 8 Ω sau 85% eficientă la 3 W în 3 Ω la o sursă de 5.0 V și are un SNR mai mare de 103dB. Spectrul de frecvență a modulației este utilizat pentru a furniza radiații EMI reduse comparativ cu alte arhitecturi de clasa-D.

SSM2315 are un mod de închidere micropower cu un curent de închidere de 20 nA. Închiderea este activată prin aplicarea unui LOW logic pe pin-ul SD.

Dispozitivul include, de asemenea, circuite de suprimare pop-and-click. Acest circuit de suprimare minimizează scăpările de tensiune de la ieșire în timpul pornirilor și opririlor, reducând zgomotele auzibile la activare și dezactivare.

Intrarea diferențială completă a SSM2315 oferă respingere excelentă a zgomotelor comune la intrare. Cuplarea condensatorilor de intrare poate fi omisă dacă tensiunea de intrare DC modul comun este de aproximativ VDD/2.

Câștigul implicit al SSM2315 este de 6 dB, dar utilizatorii pot reduce câștigul prin utilizarea unei pereche de rezistori externi. SSM2315 este specificat în intervalul industrial de temperatură de -40 ° C la +85 ° C. Acesta este încapsulat într-un pachet 9-ball, 1.5 mm × 1.5 mm wafer level chip scale (WLCSP).

Figura 2.9 Schema electronică

2.3.2 Configurația pinilor

Figura 2.10 Configurarea pinilor

2C SD – intrare Shutdown. Activează intrare digitală LOW.

2A GND – masă.

1A IN+ – intrare fără inversor.

1C IN− – intrare inversor.

3C OUT+ – ieșire fără inversor.

1B VDD – sursă de tensiune (curent).

3B GND – masă.

3A OUT – ieșire inversor.

2B PVDD – sursă de tensiune (curent)

2.4 Detectorul de Headset NTZD3154NT

În cazul telefoanelor mobile, detectorul de Headset se poate realiza cu circuitul integrat NTZD3154NT. Acest circuit conține practic două comutatoare realizate cu tranzistori MOSFET (Fig. 2.11).

Figura 2.11Schema detectorului de headset

Pinul sursă (S1 sau S2) se leagă, de regulă, la masă, iar pe grilă (G1 sau G2) se conectează semnalul care trece prin mufa jack audio. Pinul drenă (D1 sau D2) se leagă printr-un rezistor la o tensiune pozitivă. Tensiunea pe drenă va fi ridicată atunci când nu există semnal pe grilă și va fi coborâtă atunci când apare semnal pe grilă.

Capitolul 3. Testarea blocului audio

3.1 Sistemul audio al unui telefon mobil

În figura de mai jos este prezentată schema bloc a sistemului audio a unui telefon mobil. Sistemul audio a unui telefon mobil este compus din codec audio, microfon, difuzor loudspeaker, difuzor intern, și conector headset (audio jack).

Figura 3.1 Schema blocului audio

Codecul audio este alimentat cu tensiunea de 1,8 V, tensiunea principală a unui telefon mobil, și cu o tensiune stabilizată de către un stabilizator de tensiune la 3 V.

În stabilizator intră o tensiune de 3,7 V și tensiunea principală de 1,8 V, iar la ieșire este o tensiune stabilizată la 3 V.

Stabilizatorul este alimentat de la sursa de tensiune principală, care este un circuit integrat în care intră tensiunea de la baterie, sau alimentarea de la cablu USB. Circuitul respectiv dispersează diverse tensiuni în tot telefonul ( 1.8 V, 3.7 V, V CAM, 3.3V LED, V SIM, etc…)

Schema electronică de comunicare între: procesor, memorie, sursa de tensiune și Codecul Audio este prezentată în figura de mai jos.

Figura 3.2 Comunicarea între procesor și codecul audio

Comunicarea, în cazul în care procesorul comunică cu codecul audio, se măsoară pe rezistențele R1, R2, R3 și R5, iar tensiunile de alimentare care ies din sursa de tensiune se măsoară cu voltmetrul.

Codecul audio este alimentat cu 1.8 V și mai este alimentat cu o tensiune de 3.0 V numită V AUD. (tensiune audio). Această tensiune este dată de un stabilizator de tensiune care este alimentat cu 2 tensiuni de intrare, 1.8V enable și o tensiune de 3.7V tensiune de alimentare, la ieșire fiind stabilizată la 3.0 V.

Comunicarea Procesor – Codec Audio se măsoară cu osciloscopul, iar semnalele sunt reprezentate în figurile de mai jos.

Semnalul măsurat cu osciloscopul pe rezistorul R2 are valoarea corectă prezentată în Figura 3.5.

Figura 3.3. Semnal măsurat pe R2

Semnalul măsurat pe R2 are o amplitudine de 500mv și are forma de impulsuri dreptunghiulare. Tensiunea Vpp este de 2.2 V, iar frecvența este de 175 kHz.

Figura 3.4 Semnal măsurat pe R4

Semnalul măsurat pe R4 (Figura 3.4) are forma din imaginea de mai sus, cu o amplitudine de 500mV/DIV, tensiunea fiind de 2.14 V, iar frecvența de 44 kHz.

Figura 3.5 Semnalul măsurat pe R1

Semnalul măsurat pe rezistența R1 (Figura 3.5), are forma de linie cu ceva impulsuri fiind impulsuri parazite. Tensiunea este de 40 mV.

Figura 3.6 Semnal măsurat pe R3.

În figura 3.6 este prezentat semnalul măsurat pe rezistorul R3, acest semnal având frecvența de 1.5 MHz, iar tensiunea aflată pe acest rezistor este de 2 V.

În continuare sunt prezentate tipurile de teste care sunt verificate la blocul audio al unui telefon mobil

HEADSET_TEST_ALBON – În acest test se verifică introducerea căștilor în conector: 1= PASS, 0=FAILED

HEADSETDETECTTEST – Se detectează prezența căștilor: 1 = PASS, 0=FAILED

AU_AMBIENT – Se testează funcționarea difuzorului intern și extern: PASS = (0..60 DBSPL), FAIL <0 … 60 DBSPL< FAIL

AU_HEADSETLEFTCH & AU_HEADSETRIGHTCH – Se verifică separat cele două canale audio la căști: stânga și dreapta.

AU_LOUDSPEAKER – Se testează distorsiunile și randamentul difuzorului extern la trei frecvențe diferite (joasă, medie și înaltă).

AU_RECEIVER – Se testează distorsiunile și randamentul difuzorului intern la trei frecvențe diferite (joasă, medie și înaltă).

AU_MICROPHONE – Se testează distorsiunile și randamentul microfonului la trei frecvențe diferite (joasă, medie și înaltă).

3.2 Verificarea HEADSET_TEST_ALBON

Această testare se face manual, (nu necesită test special), testarea headsetului se face la testul interactiv, iar testul interactiv se face prin pornirea telefonului (telefon fără sistem de operare).

Prin apăsarea tastelor “G” și “O”, telefonul va intra în testul interactiv. Acolo la testele interactive se testează tastatura, cartela SIM, SD Card, holsterul și headsetul.

Headsetul pornește când prin introducerea mufei jack pinul 5, pinul de microfon, se scurtcircuitează cu pinul pinul 1 respectiv 2. Pe pinul 1 când headsetul nu este activat se află o tensiune dată de tranzistorul mostfet o tensiune de 1.6 V. După detectarea headsetului tensiunea de 1.6 V se transformă în tensiune de 0.2V. În acel moment dispare și tensiunea de pe microfon, tensiune de 1.6 V iar microfonul are tensiune de 300 mV.

Din momentul în care testul interactiv este făcut telefonul se introduce în testerul CFT unde se fac testele audio, Bluetooth, WLAN și alte teste.

Figura 3.7 Schema electronică Headset

Având în vedere că headsetul a fost detectat, se începe testarea semnalelor pe canalul stâng, respective drept. În cazul în care telefonul este fail măsurătorile se fac manual cu ajutorul osciloscopului pentru a putea detecta unde este o defecțiune.

Verificarea începe cu măsurarea următoarelor semnale:

Semnalul pe L2 măsurat cu osciloscopul este un semnal sinusoidal, periodic, ce vine de pe pinul de masă de la microfon. Frecvența este de aproximativ 2 kHz, iar tensiunea vârf la vârf este de 700 mv (Figura 3.8).

Figura 3.8 Semnalul de intrare în headset pe L2

Semnalul pe L1 măsurat cu osciloscopul este tot un semnal sinusoidal periodic ce vine de la pinul pozitiv de la microfon, frecvența este de 1kHz, iar Vpp este de aproximativ 400 mV.

Figura 3.9 Semnalul de intrare în headset pe L1

Semnalul pe C7 este semnalul de intrare în audio codec, iar forma semnalului este cea din figura de mai jos.

Figura 3.10 Semnalul la intrarea în

audio codec pe linia de pozitivă a microfonului

Figura 3.11 Semnalul de intrare în codecul audio pe

condensatorul de pe linia negativă a microfonului.

Semnalul măsurat cu osciloscopul pe condensatorul C9 este semnalul de ieșire din codecul audio, și este pe linia de headset speaker stânga și dreapta.

Figura 3.12 Semnalul de ieșire din codecul audio

pe linia 1 de la conectorul headset

Figura 3.13 Semnalul de ieșire din codecul audio

pe linia 2 de la conectorul headset

Iar semnalul de intrare în headset este măsurat pe bobinele L3 și L4, care este de forma din figura de mai jos. Semnalul măsurat pe L3 este semnalul de intrare în conectorul de headset, care se mai numește și canalul stâng al conectorului de headset.

Figura 3.14 Semnalul de intrare în headset canalul stâng.

Pe L4 se măsoară semnalul de intrare în headset, canalul drept și are forma din figura 3.15

Figura 3.15 Semnalul de intrare în headset canalul drept

3.3 AU_RECEIVER

Se testează distorsiunile și randamentul difuzorului intern la trei frecvențe diferite (joasă, medie și înaltă).

AU_RECIVER este semnalul audio care intră în difuzorul mic al unui telefon mobil. (Interner speaker )

Testarea AU_RECIVER se face cu testele CFT, în cazul în care nu funcționează ceva corespunzător, pentru detectarea defectului se folosește osciloscopul

Schema electronică a Au-Receiver este următoarea:

Figura 3.16 Schema electronică Audio Reciver

Semnalul la ieșirea din codecul audio se măsoară cu osciloscopul, semnalul respectiv este periodic sinusoidal, verificarea se face pe 3 frecvențe diferite.

Setarea telefonului pentru testare se face cu ajutorul unui program. De exemplu la telefoanele BlackBerry, se face cu ajutorul unui program numit RADIO LAB TOOL.

În acel program se accesează “AUDIO” iar pentru testarea speaker-ului intern se face o transmisie de la headset către intern. Tot de acolo se setează și cele 3 frecvențe (600 Hz, 1000Hz și 1800Hz), iar pentru activare se accesează butonul lookpack.

După aceste setări, se măsoară semnalul de la ieșirea din codecul audio cu osciloscopul, semnalul are forma și proprietățile din figura de mai jos. Măsurarea se face pe condensatorii C12 respectiv C13 pentru ambele canale negative și pozitiv.

Figura 3.17 Semnalul pe C12 și C13

Forma semnalului măsurat este sinusoidală, cu o frecvență de 1.800 kHz, frecvență setată la 1.800 kHz din program, iar tensiunea pe acest pin este de 400mV, în figura fiind setat osciloscopul pe 100mV/DIV.

Figura 3.18 Semnalul măsurat pe linia de negativ a speaker-ului (C13)

Setat în Radio Lab Tool frecvența de 1.000 kHz semnalul măsurat este sinusoidal, frecvența menținându-se în jurul frecvenței setate, iar tensiunea este de aproximativ 350 mV.

La ieșirea din amplificatorul Audio Receiver ( care poate lipsi datorită necesitații mici de amplificare) trebuie să fie un semnal de aproximativ 900 Hz indiferent de frecvența care iese din codecul audio, amplificatorul audio receiver transformă filtrează frecvența și o amplifică sau o reduce până la 900 Hz.

Figura 3.19 Semnalul măsurat pe conectorii difuzorului intern pentru ambele canale.

Măsurarea acestor semnale se face pe rezistorii R21 și R22, forma acestui semnal fiind sinusoidală, cu frecvența de aproximativ 1000Hz.

3.4 AU_LOUDSPEAKER

Se testează distorsiunile și randamentul difuzorului extern la trei frecvențe diferite (joasă, medie și înaltă).

Au loudspeakerul este difuzorul extern al unui telefon mobil. El este difuzorul care se activează automat când telefonul sună, când este pus pe headsfree, când se ascultă sau se vizualizează muzică și videoclipuri, etc.

Cu același program se setează: from: headset – to: external. Și se reglează din nou pe una din cele 3 frecvențe. Activarea se face prin butonul lookpack.

Semnalul măsurat la ieșirea din codecul audio este un semnal periodic sinusoidal.

Măsurarea se face pe condensatorii C17 respectiv pe C18, pentru ambele canale, negativ și pozitiv. Iar semnalul este cel din figura 3.20.

Figura 3.20 Semnal măsurat pe C17 și C18 la ieșirea din codecul audio.

Acest semnal intră în amplificatorul audio Loudspeacker care se amplifică sau se reduce pentru a fi un semnal stabil la frecvența de 1000Hz. Semnalul este cel din figura 3.22

Schema electronică a loudspeacker-ului este prezentată în figura 3.21

Figura 3.21 Schema electronică Loudspeaker

Figura 3.22 Semnal măsurat pe condensatorul C15 pini 2 și 3

3.5 AU_MICROPHONE

Se testează distorsiunile și randamentul microfonului la trei frecvențe diferite (joasă, medie și înaltă).

Pentru verificarea microfonului se măsoară în punctele R25 și R26 cu osciloscopul, iar forma acestor semnale sunt periodic sinusoidale. În momentul în care microfonul nu este activat nu avem nici un fel de impuls pe linia negativă respective pe linia pozitivă, (microfonul se află în gol). În momentul în care microfonul este solicitat AUDIO CODEC-ul dă o comandă tensiunii MIC_BIAS, care se activează iar pe microfon apare o tensiune de 600 mV.

Schema electronică a sistemului audio în care intervine microfonul este în figura alăturată.

Figura 3.23 Schema electronică AU-Microfon

Forma semnalelor când microfonul este solicitat sunt în figurile de mai jos, frecvența fiind de 1kHz, iar tensiunea de 32mV

Figura 3.24 Semnalul la intrarea în microfon pe linia pozitivă

Forma semnalului este sinusoidală, iar frecvența este de 1kHz, tensiunea pe microfon fiind de 32 mV

Figura 3.25 Semnalul la ieșire din microfon pe linia negativă

3.6. Concluzii

Testarea unui telefon mobil în general este un procedeu complex, testarea GSM, Bluetooth, WLAN, cât și testarea audio nu se poate realiza fără o aparatură modernă, și o bună cunoștință în domeniul telefoniei.

Testarea audio se face cu ajutorul unui voltmetru electronic, osciloscop, cât și a unui program specializat pentru simularea funcțiilor audio.

Cele mai frecvente defecțiuni apar la detectarea headsetului, deoarece integratul TLV320AIC3106 este foarte sensibil la căldură și în marea majoritate a defectelor acestui integrat headsetul va fi detectat permanent.

Un alt defect frecvent este și problema microfonului, el fiind sensibil la umiditate și căldură, se defectează foarte ușor. Pe toată durata studiului făcut de mine, nu am întâlnit nici un defect de comunicare între procesor, memorie, sursa de tensiune ale telefonului cu circuitul integrat TLV320AIC3106.

Problemele audio care mai apar sunt de cele mai multe ori din cauza carcasei telefonului, deoarece în carcasele telefonului sunt incluse difuzorul intern, difuzorul extern, cât și conectorul de headset, marea majoritate fiind din cauza asamblări greșite (pini de contact al acest component nu fac bine contact cu padurile panelului).

Pot apărea defecțiuni audio iar concluzia măsurătorilor făcute să ducă la rezultatul că PCB-ul telefonului nu are nici o problemă, accea ce ar însemna că problema ar fi din cauza asamblării greșite.

Bibliografie:

Ștefan Victor Nicolaescu: Sisteme de comunicații mobile celulare GSM, Editura AGIR, București, 1999

Ion Bogdan, “Comunicații Mobille”, Casa Venui, Iași 2008

http://edition.cnn.com/2011/HEALTH/05/31/who.cell.phones

M. Oteșteanu, Sisteme de transmisie și comutație; Editura Orizonturi Universitare; Timișoara, 2001

L. W. Couch, Digital and Analog Modulation Systems. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall,1997

T. J. Rouphael, RF and Digital Signal Processing for Software-Defined Radio. Burlington, MA: Newnes, 2009

http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/SSM2315.pdf

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tlv320aic3106.pdf

http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?genericPartNumber=lp5900&fileType=pdf

Bibliografie:

Ștefan Victor Nicolaescu: Sisteme de comunicații mobile celulare GSM, Editura AGIR, București, 1999

Ion Bogdan, “Comunicații Mobille”, Casa Venui, Iași 2008

http://edition.cnn.com/2011/HEALTH/05/31/who.cell.phones

M. Oteșteanu, Sisteme de transmisie și comutație; Editura Orizonturi Universitare; Timișoara, 2001

L. W. Couch, Digital and Analog Modulation Systems. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall,1997

T. J. Rouphael, RF and Digital Signal Processing for Software-Defined Radio. Burlington, MA: Newnes, 2009

http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/SSM2315.pdf

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tlv320aic3106.pdf

http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?genericPartNumber=lp5900&fileType=pdf