Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Sklep HeluKabel
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Jakie są elementy składowe głośników Bluetooth

ghost666 26 Mar 2017 13:32 3357 2
  • Głośniki bezprzewodowe z interfejsem Bluetooth® to coś często spotykanego obecnie na rynku. Oferowana jest szeroka gama tego rodzaju układów, od na prawdę podstawowych systemów za kilka dolarów to high-endowych urządzeń, kosztujących znacznie więcej. Wszystkie układ charakteryzują się innym poziomem jakości dźwięku czy czasem pracy pomiędzy ładowaniami baterii.

    Rynek głośników bezprzewodowych jest bardzo konkurencyjny, dlatego też producenci prześcigają się, zwłaszcza w przypadku najtańszych systemów, w ich optymalizacji, zmniejszaniu kosztów, wymiarów itp. Na koszty wpływ mają czynniki takie jak ilość i koszt elementów, wydajność energetyczna, rozmiar zastosowanej baterii etc.

    Rysunek pierwszy pokazuje schemat blokowy typowych głośników bezprzewodowych z interfejsem Bluetooth. System taki składa się z szeregu części, są to:

    * Bateria Z uwagi, że jest to urządzenie przenośne, to bateria w systemie musi być obecna, aby je zasilać. To jaka bateria zainstalowana w systemie zależy od szeregu czynników. Z jednej strony ograniczony jest koszt, jaki ponieść możemy przy zakupie akumulatora, a z drugiej strony ograniczone są także rozmiary ogniwa.
    * System zarządzania zasilaniem Ten moduł stabilizuje odpowiednie napięcia, potrzebne do zasilania reszty urządzenia oraz nadzoruje ładowanie akumulatora z zewnętrznego źródła zasilania. To jakie układy muszą być zastosowane w tym miejscu zależy w dużej mierze od wykorzystanego akumulatora. W większości urządzeń tego rodzaju instalowane będą akumulatory złożone z niewielkiej liczby ogniw, przez co napięcie wyjściowe z nich jest niskie i wymagane jest zastosowanie np. przetwornicy DC/DC aby podnieść napięcie do poziomu umożliwiającego zasilenia reszty układu.
    * Moduł Bluetooth Moduł ten jest konieczny do nawiązania komunikacji z smartfonami, tabletami i innymi urządzeniami wyposażonymi w interfejs Bluetooth. Zazwyczaj moduły komunikacyjne tego rodzaju oferowane są jako scalone rozwiązania, gotowe do implementacji w systemie.
    * System Audio To oczywiście niezbędny moduł głośników aktywnych. Pozwala na wysterowanie głośników dźwiękiem przesłanym poprzez Bluetooth. Ponieważ sygnał odbierany przez interfejs komunikacyjny charakteryzuje się raczej niskim napięciem i wydajnością prądową musi przejść przez odpowiedni wzmacniacz. Zazwyczaj w systemach tego rodzaju wykorzystuje się sprawne wzmacniacze pracujące w klasie D. Dodatkowo, czasami w układach tego rodzaju, wbudowuje się przetwornik cyfrowo-analogowy (DAC), aby udostępnić wyjście analogowe z głośników, co umożliwia podłączenie odbiornika np. do domowego systemu audio.

    Jakie są elementy składowe głośników Bluetooth




    Rys.1. Schemat modułowy głośników Bluetooth.


    Wzmacniacze audio - klasa AB vs klasa D

    Wybierając do konstrukcji wzmacniacz audio musimy w pierwszej klasie dokonać wyboru klasy pracy układu: AB lub D. Wzmacniacze klasy AB to układy liniowe, które nie generują zakłóceń elektromagnetycznych i pracują tylko prze częstotliwościach audio. Jednakże układy te wymagają dużej ilości dyskretnych elementów elektronicznych do pracy, generują sporo ciepłą, co sprawia że potrzebują m.in. radiatorów lub nawet wentylatorów do pracy. Z kolei wzmacniacze pracujące w klasie D są niezwykle wydajne energetycznie, nie produkują zbyt wiele ciepła i nie wymagają zewnętrznych elementów dyskretnych, poza pojedynczą indukcyjnością na wyjściu (co jest już dosyć problematyczne). Dodatkowo, układy te generują sporo wysokoczęstotliwościowych zakłóceń elektromagnetycznych (EMI), co utrudnia projektowanie tych układów gdyż wymaga odpowiedniego ekranowanie etc urządzenia.

    Wydajność, czas pracy itp

    Projektowanie przenośnego układu tego rodzaju wymaga wiele kompromisów. Z jednej strony należy utrzymywać koszty na możliwie niskim poziomie, a z drugiej zaoferować maksymalny czas pracy pomiędzy ładowaniami. Nie jest to takie trywialne, gdyż koszty akumulatorów są dosyć wysokie.

    Wydawać by się mogło, na podstawie powyższego opisu, że wzmacniacze w klasie AB są idealne do zastosowań w układach mobilnych: nie generują zakłóceń EMI, a ich scalone wersje potrafią się obejść bez dużej ilości elementów dyskretnych. Jednakże ich ogromną wadą w tego rodzaju aplikacjach jest niska wydajność energetyczna.

    Niska wydajność wzmacniacza, przekłada się na zwiększony pobór prądu z akumulatora, co z kolei skraca czas pracy układ pomiędzy ładowaniami lub zwiększa wymagania co do pojemności (i ceny i wielkości) ogniwa.

    Wysoka wydajność wzmacniaczy w klasie D czynie je idealnymi do zastosowania w systemach zasilanych bateryjnie. Dzięki wysokiej wydajności zasilać je można z pojedynczego nawet ogniwa, gdyż dodatkowo nie potrzebują tak wysokiego napięcia do pracy jak układy w klasie AB. Zmniejsza to koszt, poziom skomplikowania, rozmiar i wagę gotowego urządzenia.

    Zużycie prądu podczas odtwarzania muzyki i nie tylko

    Obecnie wszystkie dedykowane systemu audio dedykowane do aplikacji mobilnych reklamowane są jako responsywne na szczytowe zapotrzebowanie na moc i dostosowujące pobór mocy do aktualnych wymagań, związanych z ustawioną głośnością etc. Dzięki temu zmniejsza się zapotrzebowanie na moc w układzie i wydłuża czas pracy na baterii.

    Z punktu widzenia nabywców głośników Bluetooth najistotniejszym czynnikiem jest czas odtwarzania muzyki na pojedynczym ładowaniu akumulatorów, jako że odzwierciedla on typowy czas jaki można będzie wykorzystywać głośniki.

    Za zużycie prądu w ogniwie jednakże nie odpowiada tylko sam wzmacniacz wyjściowy. Także i inne elementy w układzie pobierają energię z akumulatora i są odpowiedzialne za czas pracy pomiędzy ładowaniami. Szczególnie istotne jest tutaj ocenienie ile energii pobierane jest przez system, gdy nie jet odtwarzana muzyka. Taka analiza nie jest zbyt częsta, ale pozwoli ona na ocenę ile w stanie oczekiwania będzie w stanie pracować system. Szczególnie istotne jest to w przypadku oceny zużycia energii przez wzmacniacz wyjściowy podczas 'idlowania'.

    Typowy przebieg audio przedstawiono poniżej na rysunku 2. Pokazuje on wariację amplitudy w czasie. Warto zwrócić uwagę że stosunek czasu w którym muzyka jest "głośno" do okresu w którym muzyka jest "cicho" mówi nam, że przez większość czasu układ gra cicho i ma niewielkie zapotrzebowanie na prąd, co oznacza, że może pracować w trybie zmniejszonego zapotrzebowania na energię elektryczną, jeśli posiada zaimplementowaną taką funkcję.

    Jakie są elementy składowe głośników Bluetooth
    Rys.2. Typowy przebieg audio.


    Poprzedniej generacji wzmacniacze klasy D, takie jak popularny TPA3110D2, jak i większość scalonych wzmacniaczy tego typu dostępnych obecnie na rynku, nie mają wbudowanego trybu zmniejszonego poboru prądu w celu optymalizacji zużycia energii. Jak widać na rysunku trzecim pobór prądu przez wzmacniacz pracujący w klasie D jest stały, niezależnie od poziomu głośności muzyki. Nawet gdy jej amplituda jest zerowa to układ pobiera taki sam prąd, zasadniczo marnując energię z akumulatora. Skraca to czas pracy urządzenia pomiędzy ładowaniami i zwiększa koszt systemu.

    Jakie są elementy składowe głośników Bluetooth
    Rys.3. Zużycie prądu przez wzmacniacz klasy D starej generacji podczas odtwarzania muzyki.


    Nowej generacji wzmacniacze klasy D, takie jak TPA3128D2, wykorzystują nowoczesny hybrydowy system modulacji, który minimalizuje straty podczas 'idlowania' i maksymalizuje oszczędności energii. Jak zaprezentowano na rysunku 4 prąd pobierany przez wzmacniacz istotnie zmniejsza się gdy nie odtwarza on muzyki lub jej poziom jest bardzo niski. Przekłada się to na zmniejszenie kosztów systemu i wydłużenie czasu pomiędzy ładowaniami baterii w systemie.

    Jakie są elementy składowe głośników Bluetooth
    Rys.4. Zużycie prądu przez wzmacniacz klasy D nowej generacji TPA3128D2.


    Łatwo jest wykorzystać zalety oferowane przez nowy scalony wzmacniacz, jako że TPA3110D2 i TPA3128D2 są kompatybilne pin w pin, więc da się je łatwo podmienić na nowszy układ w istniejących projektach. Pozwoli to minimalnym kosztem zwiększyć czas pracy układu na jednym ładowaniu akumulatora w systemie, zwiększając wartość rynkową układu.

    Źródło: https://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2017/02/21/what-are-the-building-blocks-of-bluetooth-speakers


    Fajne!
  • Sklep HeluKabel
  • Sklep HeluKabel