Interconexión de las FPAA

Las FPAA, como se menciona anteriormente, tienen unos CAB que cumplen diferentes funciones de procesamiento de las señales análogas como el filtrado, integración, diferenciación, amplificación, sustracción, multiplicación, entre otras. Para el ecualizador paramétrico de audio de cuatro bandas, se tienen que las

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bandas están formadas por filtros pasa banda de segundo orden, cada filtro tiene la capacidad de modificarle la ganancia, frecuencia central y factor de calidad. Estos filtros deben estar configurados para los rangos de frecuencia bajos, medio bajos, medio altos y altos. Los rangos de frecuencia son:

 Bajos: 20 Hz – 250 Hz

 Medio bajos: 250 Hz – 2 kHz

 Medio altos: 2 kHz – 4 kHz

 Altos: 4 kHz – 16 kHz

El esquema general de un ecualizador de audio de cuatro bandas se muestra en la Figura 4.12 y se puede observar que la señal de entrada de audio llega a todos los filtros o bandas, para luego ser sumadas y obtener una salida de audio única.

Figura 4.12. Diagrama de bloques del ecualizador paramétrico de audio de

cuatro bandas. FILTRO BAJOS 20 Hz – 250Hz FILTRO MEDIO BAJOS 250 Hz – 2 kHz FILTRO MEDIO ALTOS 2 kHz – 4 kHz FILTRO ALTOS 4 kHz – 16 kHz SUMADOR Gb Gmb Gma Ga Gm ENTRADA SEÑAL DE AUDIO SALIDA SEÑAL DE AUDIO Fuente: (AUTORES)

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Entre los diferentes fabricantes de FPAA investigados, se escogió Anadigm, porque ofrece configuración dinámica. Esta característica permite que después de realizar una configuración inicial, se puedan hacer cambios en su programación (reconfiguración) sin necesidad de hacer un reinicio del sistema, proporcionando una ventaja muy grande frente a los demás fabricantes. Las referencias proporcionadas por Anadigm se encuentran en la Tabla 4.7.

Tabla 4.7. Referencias de FPAA proporcionadas por Anadigm.

Modelo Tecnología Ancho de banda Voltaje de operación [V] Configuración Estado AN10E40 Switched capacitor 5 MHz 5 Estática Descontinuada AN120E04 2 MHz 5 Estática Disponible

AN221E04 5 Dinámica Descontinuada

AN231E04 3,3 Dinámica Disponible

Fuente: (Caicedo Grueso & Velasco Medina, 2005)

Para el ecualizador análogo de audio se escogió el dispositivo AN231E04 por soportar configuración dinámica y estar disponible para la venta en Anadigm. El dispositivo AN231E04 de Anadigm, está formado de cuatro CAB. Cada CAB contiene dos amplificadores operacionales, un comparador, bancos de capacitores programables, una colección de recursos configurables y relojes configurables, por tal razón en cada CAB se puede configurar un filtro pasa banda de segundo orden. El ecualizador de la Figura 4.13 cuenta con tres FPAA, la FPAA #1 contiene los filtros bajos y medio bajos, la ganancia de bajos (Gb) y la ganancia medio bajos (Gmb), la FPAA #2 contiene los filtros medio altos y altos, la ganancia de medio altos (Gma) y la ganancia altos (Ga) y la FPAA #3 contiene el sumador y la ganancia master (Gm).

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Figura 4.13. Diseño de los filtros pasa banda y sumador en las FPAA.

SALIDA SEÑAL DE AUDIO ENTRADA SEÑAL DE AUDIO FPAA #1 AN231E04 FILTRO BAJOS 20 Hz – 250 Hz FILTRO MEDIO BAJOS 250 Hz – 2 kHz Gb Gmb _AN231E04FPAA #3 SUMADOR Gm FPAA #2 AN231E04 FILTRO MEDIO ALTO 2 kHz – 4 kHz FILTRO ALTOS 4 kHz – 16 kHz Gma Ga FILTRO RAUCH 23 kHz FILTRO RAUCH 23 kHz Fuente: (AUTORES)

Para realizar la conexión de tres FPAA con un microprocesador principal, se tomó en cuenta el diagrama de bloques de la Figura 4.1, donde se muestra una conexión en cascada de tres FPAA, luego se diseñó el circuito de interconexión de la Figura 4.14.

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Figura 4.14. Circuito esquemático de la interconexión de las FPAA.

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Los elementos CON1 y CON2, son los conectores de entrada y salida de la señal de audio respectivamente. Se conocen como jack doble RCA para chasis, ver Figura 4.15.

Figura 4.15. Jack doble RCA para chasis.

Fuente: (Mexbusa S.A., 2016)

Para la programación y control de las FPAA, existe un bus con las señales RESETB, ACT, ERRB, SI, SCLK, CS2B, CFGFLG y ACLK. Estas señales se comunican con la sección digital y sus funciones se explican a continuación de acuerdo al manual de usuario de la familia AnadigmApex dpASP (Anadigm, 2006).

 RESETB: es una entrada activa baja. Normalmente, el RESETB debe estar

en nivel alto (1 lógico) y para un reinicio manual, el microcontrolador puede llevar el pin a nivel bajo y luego a alto para reiniciar una secuencia completa encendido.

 ACT (ACTIVATE): es un pin bidireccional en colector abierto. Durante una

configuración primaria de una FPAA, ACT es llevado a nivel bajo. Cuando la configuración primaria está completa, vuelve a estado alto. En sistemas con varias dpASP, los pines ACT de todos los dispositivos se conectan a un solo nodo y cuando una FPAA está en proceso de programación, lleva el nodo a nivel bajo. Cuando todos los dispositivos han terminado su programación, el nodo vuelve a nivel alto, esto le permite al microcontrolador conocer cuándo

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se terminó de programar todas las FPAA. Este pin tiene resistencia pull-up interna.

 ERRB (Error): es un pin bidireccional en colector abierto. El pin es activo

bajo y es llevado a nivel bajo cuando un error de configuración en una FPAA es detectado. En sistemas con varias dpASP, los pines ERRB de todos los dispositivos se conectan a un solo nodo.

 SI (Serial In): sirve como el pin de entrada de datos de configuración

provenientes del microcontrolador.

 SCLK (Serial Clock): si el pin MODE se encuentra en nivel bajo (0 lógico),

SCLK sirve como la entrada de reloj de datos seriales y no puede exceder 40 MHz. Si MODE está en nivel alto, SCLK es ignorado y la máquina de estados de configuración es manejada internamente por una división de ACLK (ACK/16).

 CS2B (Chip Select 2): El pin CS2B sirve como entrada de selección de chip.

CS2B es activo bajo.

 CFGFLG (Configuration Flag): cuando se conectan varios dpASP, es

necesario conectar el pin CFGFLGB a un mismo nodo. Este nodo será llevado a nivel lógico bajo cada vez que una FPAA está siendo direccionada para una configuración o reconfiguración, para que el resto de dispositivos ignore los datos en el pin SI y vuelve a nivel lógico alto cuando la transferencia de datos se haya completado. Este pin tiene resistencia pull-up interna.

 ACLK (Analog Clock): entrada para la fuente de reloj analógico. Todos los

relojes de los capacitores conmutados internos se derivan de la entrada ACLK, que no podrá ser superior a 40 MHz.

Adicionalmente existen cinco señales más (MODE, LCCB, CS1B, MEMCLK y SO) que no se encuentran en el bus de control y configuración, pero cumplen diferentes funciones por lo que se explican a continuación:

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 MODE: en el reinicio de un dpASP, el pin MODE es leído. Si está en nivel

lógico bajo, el dispositivo se establece como un slave y si está en nivel lógico alto, se establece como un master.

 LCCB (Local Configuration Complete): se establece en alto durante el

reinicio y se mantiene en este nivel hasta que la configuración de la FPAA es completada. En sistemas con varios dpASP, LCCB es conectado a la entrada CS1B del siguiente dispositivo.

 CS1B (Chip Select 1): el pin CS1B también sirve como una entrada de

selección de chip, pero su comportamiento tiene prioridad sobre CS2B. En sistemas con varios dpASP, la entrada CS1B es conectado al pin LCCB del dispositivo anterior. El pin LCCB del dispositivo anterior será alto mientras se esté configurando y suspende la configuración del dispositivo siguiente. Una vez que el dispositivo anterior completa su configuración local, lleva su pin LCCB a nivel lógico bajo y permite que el dispositivo siguiente comience su configuración. CS1B es activo bajo.

Las señales MEMCLK y SO no se utilizan porque están dispuestas para programar las FPAA desde una memoria SPI cuando el pin MODE se conecta a nivel lógico alto.

 MEMCLK (Memory Clock): si el pin MODE está en nivel lógico alto, el

dpASP se establece como un dispositivo master y MEMCLK sirve como la salida de reloj de datos seriales.

 SO (Serial Out): cuando el pin MODE está en nivel lógico alto, el pin SO es

conectado al pin de entrada de una memoria SPI.

La señal de entrada de audio se realiza por el conector CON1 y es filtrada inicialmente por dos filtros Rauch con frecuencia de corte 23 kHz antes de ser procesadas por las FPAA #1 y #2.

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