¿Conducir un altavoz directamente a través de un DAC de audio?

Question

Tengo un proyecto en el que necesitaré generar algunas ondas sonoras. En caso de que importe, el microcontrolador que voy a utilizar es un STM32L476RG que tiene un DAC interno. La pregunta que tengo está relacionada con la potencia de salida/sonido que obtendré. No estoy seguro de si conducir el altavoz directamente a través del DAC me dará el volumen adecuado.

1) ¿Cuál es el principal factor limitante de la potencia de salida / volumen alto? ¿Es el altavoz?

2) ¿Cómo puedo saber si el DAC es suficiente para alimentar el altavoz o si necesito un amplificador externo? ¿Cómo funciona la matemática en esto?

3) Voy a utilizar datos PCM muestreados contenidos en un archivo WAV. ¿Hay alguna ventaja/desventaja de utilizar un códec (I2S) en lugar de un DAC (+ amplificador de potencia)?

Answer 1

Si vas a usar sólo el STM para manejar un altavoz, el principal factor limitante es la capacidad de manejo de corriente de los pines del microcontrolador.

1. No has mencionado qué potencia quieres que salga del altavoz, pero vamos a ver qué puede proporcionar el microcontrolador. Su rango de tensión de trabajo es de 1,7 V a 3,6 V. Según los valores máximos absolutos, la corriente máxima para cualquier pin es de 25 mA. Así que un cálculo aproximado es 3,6 V por 25 mA es 90 mW. Este es el punto en el que puedes esperar que tu pin se queme. Ten en cuenta que para poder alcanzar este valor nominal, necesitarás un altavoz especial de alta impedancia. Esto significa que para cualquier nivel de potencia utilizable con un altavoz, necesitarás un amplificador externo. Sin embargo, podría estar bien para los auriculares.

2. ¿Cómo funcionan las matemáticas? En pocas palabras, tienes un altavoz con su impedancia nominal. También tienes los valores nominales de tensión y corriente del amplificador o DAC. También tendrías que echar un vistazo a los gráficos de eficiencia en la hoja de datos para ver cómo funcionaría el amplificador. En general, se espera que utilices el DAC sólo para proporcionar una señal y luego utilizar un amplificador para conducir el transductor. Sin embargo, hay algunos DAC con amplificadores integrados.

3. En general, el DAC es un componente dentro de un códec. Por lo general, un códec tendrá, por ejemplo, los circuitos necesarios para la entrada de un micrófono, tendrá una ganancia controlable, tendrá algunos filtros en su interior, etc. Un DAC se limitará a la conversión de digital a analógico.

Como se indica en los comentarios, tendrías que comprobar si tu microcontrolador tiene realmente un DAC en su interior. No lo veo en la hoja de datos. ¿Estás utilizando una placa de desarrollo con este micro? En ese caso, la placa podría tener su propio DAC conectado al micro.

Answer 2

El DAC es un dispositivo de bajo voltaje y muy baja corriente. Si todo lo que busca es llenar el volumen de la habitación, entonces un seguidor de emisor complementario sería simple, fácil y barato. La distorsión será muy baja. Si quiere una distorsión extremadamente baja, entonces podría hacer un seguidor en cascada. El que ejecute la clase A AB o B depende de la importancia relativa que tenga para usted el consumo de energía frente a la distorsión. Si necesita mucha potencia, como muchos vatios, necesitará amplificación de voltaje, así como la amplificación de corriente antes mencionada. Esto significa un amplificador de potencia completo.

Answer 3

El punto más importante para no destruir los pines DAC de la STM32 es añadir un diodo flyback en paralelo al altavoz. Cuando falta el voltaje inverso de la bobina del altavoz será mayor que los -0,3V que los pines DAC están permitidos en los valores máximos.