Une carte son I2S amplifiée pour Raspberry-Pi - tension continue vers PWM

Envie de rajouter une carte son qualitative, low-cost et amplifiée sur votre Raspberry-Pi sans vous ruiner ?

Breakout MAX98357A ampli I2S 3W (Classe D)

Voici le breakout utilise un MAX08357, un DAC I2S qui inclus également un amplificateur 3W. De la sortie, il est possible de réaliser une application avec un son Audio de qualité en Mono.

Le MAX08357 accepte une entrée I2S standard

Parfait pour des applications avec Pi Zero, Pi Zero W, Raspberry-Pi B+, 2, 3 mais aussi le Raspberry-Pi 3B plus et cartes microcontrôleur comme Arduino Zero (qui dispose d'un port I2S).
Utilisation du breakout I2S 3W - MAX98357A - Classe D
Le breakout MAX98357A est un amplificateur Mono I2S avec les caractéristiques suivante:
  • Alimentation 2.5 à 5Volts
  • Sortie Mono 3W (droit+gauche / 2)
  • Pour haut-parleur 4 - 8 Ohms
  • Interface son I2S
  • Atténuation des parasites (click et pop)
  • Echantillonnage de 8 KHz à 96 KHz.
  • Gain sélectionnable (via une broche): 3,6,9,12,15 dB 
  • Sortie en mode "Bridge".
  • Classe D - un amplificateur haut rendement.
L'ampli développe 3.2 Watts sur un haut-parleur de 4 ohms. Avec une alimentation de 5V cette configuration offre un THD de 10%.
A noter que la puissance sur un haut-parleur de 8 Ohms diminue à 1.8W.

Vous trouverez plus d'information dans notre fiche produit "Amplificateur I2S 3W - MAX98357A - Class D"

Interface I2S
L'interface I2S (Inter-IC Sound), à ne pas confondre avec l'interface I2C, utilise un protocole pour transmettre le son audio au format digital entre deux composants. I2S est un bus de type série que l'on retrouver, en autre, dans les lecteurs CD. Il sert à transporter le son entre le CD et le convertisseur Digital-vers-Analogique de l'appareil.
Cette interface existe également sur un Raspberry-Pi (et certaines plateformes microcontrôleur), ce qui permet d'y brancher des composants compatibles I2S.
Avec une interface I2S, il ne fait que quelques broches pour utiliser un composant compatible:
  • Bit clock - signal d'horloge binaire pour synchroniser la transmission des bits de donnée (aussi appelé bclk)
  • Select channel - permet de sélectionner les canaux gauche/droit. Aussi appelé "Word Clock".
  • Data In - entrée de donnée
  • Data Out - sortie de donnée. 
Source: xilinx.com

Vous pourrez en apprendre plus sur le bus I2S sur cette page de Wikipedia.

Amplificateur de classe D
Les amplificateurs de classe D ont un très haut rendement, ils chauffent donc moins qu'un amplificateur traditionnel -ET- produisent plus efficacement du son.
Les amplificateurs de classe D ont besoin de moins d'énergie pour produire la même puissance audio. Ils sont donc parfait pour être alimentés par pile.
Cela n'empêche pas l'amplificateur de chauffer assez pour brûler un doigt... faites donc attention en manipulant des breakouts Amplificateur en Classe D.

L'amplificateur produit une onde carrée, un signal PWM à ~300 KHz. Cette onde carrée est envoyé sur le haut parleur et la bobine de haut parleur fait une moyenne du signal PWM et produit "un signal analogique" audible.

Sorties en "bridged"
Bien que dans le breakout I2S, les sorties soient montées en mode "bridged", il n'y a pas de connexion à la masse, le haut parleur est connecté directement aux deux sorties de l'ampli.
La sortie de l'ampli ne peut pas être raccordé sur l'entrée d'un autre ampli.

Principe de fonctionnement d'un Ampli Class D
Le montage suivant montre comment fonctionne un ampli classe D (en mode non bridged).
Source :  www.computeraudiophile.com
Un signal triangulaire haute fréquence est utilisé pour transformer in signal audio (l'onde au dessus de l'image) en un signal PWM haute fréquence à l'aide d'un comparateur (ampli opérationnel ex: un 741).
Ce signal est amplifié puis envoyé vers le haut-parleur qui n'est rien d'autre qu'une self.
Sur le schéma ci-dessus, il est possible de voir que le signal PWM carré est retransformé en signal audio par la self.

Générer un signal PWM variable
Le montage ci-dessus utilise un comparateur pour transformer une tension continue en signal PWM. Donc par extension un signal audio (tension continue variable) en signal PWM variable.

Le montage ci-dessous transformer une tension continue (une consigne) en signal PWM.
Source: voltage controlled PWM generator

Tout comme le l'ampli audio classe D du breakout, le comparateur 741 est alimenté avec un signal triangulaire.
LORSQUE la tension continue est modifiée avec le potentiomètre (sur l'autre entrée du comparateur) ALORS le cycle utile du signal PWM est modifié.
Source: voltage controlled PWM generator
Si la tension DCV augmente (de la figure 1 --vers--> figure 2) alors le cycle utile PWM diminue (le temps durant lequel le signal PWM reste au niveau haut).

De ce montage à celui à l'ampli présenté en début d'article, il suffit de remplacer l'entrée avec la tension continue par un signal Audio.


Où acheter