В этом материале автор на примере домашних кинотеатров производства LG Electonics рассказывает о новой технологии усиления звука - DDX (Direct Digital Amplification - "прямое цифровое" усиление).
В состав комплектов домашних кинотеатров (ДК) различных фирм входят усилительные блоки и наборы акустических систем. Фирма LG Electronics выпускает большое число моделей ДК. К ним, в частности, относятся: "DA-3620/5620", "DA-W5100/W6100", "DT-S665/S766/ S777/S797", "LH-CK6530", "LH-CX245/CX246/CX247/CX440/ CX640, LH-D6230/D6235/D6247/ DK6540/E750/RH3690/RH7690/ SW5100/T1000/T2020/T250/TK255/ TK3529AK3600/W5100/XH9540" и десятки других моделей ДК. Следует отметить, что часть из них выпускаются и на одном из крупнейших предприятий LG Electronics в Европе, расположенном в поселке Дорохово Рузского района Московской области.
Функциональная оснащенность комплектов ДК LG весьма разнообразна, в их комплектацию могут входить от 2 до 5 акустических систем, сабвуферы, DVD-проигрыватели, тюнеры, блоки караоке, различные декодеры систем объемного звучания (Dolby Pro Logic II, Dolby Digital 5.1, DTS и др.). В предлагаемой статье будут рассмотрены наиболее функционально насыщенные комплекты ДК разработки 2003 г "LH-SW5100/D6530/D6430". Во всех перечисленных моделях применена технология DDXTM (Direct Digital Amplification - "прямое цифровое" усиление) [1]. Автором использованы кавычки, поскольку оконечные усилители, используемые в аппаратуре с данной технологией, не являются цифровыми - это мощные импульсные устройства. Очень коротко остановимся на особенностях технологии.
Суть технологии DDX™ заключается в отсутствии в звуковых трактах аналоговых звеньев и ЦАП. Впервые конкретную реализацию технологии предложила компания Apogee Technology, Inc. (Норвуд, Массачусетс, США) и запатентовала ее, хотя сама идея известна еще с конца 80-х годов прошлого века. В варианте Apogee все аналоговые сигналы в системах DDX подаются сразу на АЦП, дальнейшие преобразования производятся в цифровом виде, ЦАП в системе отсутствуют ИКМ сигналы в специальных процессорах преобразуются в ШИМ сигналы, которые усиливаются мощными импульсными каскадами. Аналоговые звуковые сигналы выделяются с помощью ФНЧ. Основные преимущества DDX: высокий КПД, низкий уровень шумов, низкая стоимость, отсутствие обратной связи, хорошее демпфирование громкоговорителей. В отличие от усилителей класса D [2], выходные каскады DDX работают в мостовом режиме BD, что позволило организовать импульсное демпфирование громкоговорителей (Damped Ternary Modulation). В промежутках между информационными импульсами выходной каскад замыкает выводы звуковой катушки (демпинг-фактор доходит до 100 и более). Эффективность усилителей DDX весьма высока, для иллюстрации на рис. 1 показаны зависимости КПД усилителей различных классов от нормированной выходной мощности.
Рис. 1. Зависимость КПД усилителей различных классов от нормированной выходной мощности
Некоторые микросхемы усилителей DDX, разработанные для автомобильной аппаратуры,развивают мощность до 100 Вт на нагрузке 0,7 Ом при напряжении питания 12 В без массивных радиаторов! Разработчики определили диапазон применений новой технологии для массовых изделий - компьютерных мультимедийных устройств, проигрывателей МР3, домашних и автомобильных систем среднего класса. В аппаратуре классов HI-FI, HI-END DDX пока не применяется, что и видно из рассмотрения ниже перечисленных параметров рассматриваемых комплектов ДК "LH-SW5100" и "LH-6530"):
- проигрыватель CD/DVD: длина волны оптического блока 650 нм; ТВ стандарты PAL 625/50, NTSC 525/60; диапазон частот 0,150...18 кГц; отношение сигнал /шум - не менее 70 дБ; динамический диапазон - не менее 70 дБ; КНИ - 0,5% (на частоте 1 кГ ц при выходной мощности 12 Вт);
- видео: входы - RCA (2 шт.); выходы - RCA (1 шт.); S-video выход (Mini DIN); компонентный видео выход - RCA Y/Pb/Pr;
- тюнер: диапазон частот - 87,5.108 МГц или 65,0.74,0 МГц и 87,5.108 МГц; промежуточная частота - 10,7 МГц; отношение сигнал/шум - 60 дБ (режим мо-но); полоса воспроизводимых частот - 150.8000 Гц;
- усилитель: режим стерео - 50+50 Вт (на нагрузке 8 Ом, частоте 1 кГц и КНИ = 10%); режим окружающего звука - фронт 50+50 Вт (КНИ = 10%), центр 50 Вт, тыл 50+50Вт (8 Ом на частоте 1 кГц при КНИ =10%), сабвуфер - 100 Вт (4 Ом на частоте 30 Гц при КНИ = 10%).
Входы: Video 1, Video 2, Optical Audio.
Выходы: Video 1, Audio Out, Phones (32 Ом, 0,8В), Optical Audio.
Передатчик ACC-W5100 - частота 2,4 ГГц (питание 7 В), приемник - частота 2,4 ГГ ц.
- акустика:
Фронт - "LHS-5100T" (2-полосные), диапазон частот - 0,15...20 кГц, звуковое давление - 83 дБВт (на расстоянии 1 м), номинальная подводимая мощность - 50 Вт, размеры - 182x535x182 мм(120x255x97 мм), вес 1,5 кг; центр - "LHS-5100CV" (2-полосные), диапазон частот - 0,15...20 кГц, звуковое давление - 83 дБВт, номинальная мощность 50 Вт, размеры 340x132x105 мм (250x120x96,7 мм), вес 1,2 кг;
Сабвуфер - "LHS-5100W" (однополосный), полоса частот - 40...1500 Гц, звуковое давление - 82 дБВт (1 м), номинальная мощность - 100 Вт, размеры - 209x417x385 мм, вес - 6,5 кг;
Тыл (беспроводная тыловая акустика) - "FA-W5100SR/SL" (2-полосные), полоса частот - 110-20000 Г ц, звуковое давление 83 дБВт (1 м), номинальная мощность - 50 Вт, размеры 182x534x182 мм(120x175x93 мм), вес 2,2 кг.
- усилительный блок: вес - 4,3 кг, размеры 360x70x350 мм.
Усилительные блоки всех перечисленных комплектов ДК выполнены практически по одной схеме, используются одинаковые сабвуферы. Фронтальные колонки моделей "LH-6530/6430" имеют несколько меньшие размеры. Основное отличие модели LH-SW5100 - подача звуковых сигналов на тыловые колонки через радиоканал, передатчик этого канала выполнен в виде отдельного блока, приемники встроены в каждую тыловую колонку, а сами они имеют несколько большие размеры, чем колонки моделей LH-D6530/D6430.
Структурная схема усилительного блока рассматриваемых моделей приведена на рис. 2, схема соединений - на рис. 3. По этим схемам можно проследить прохождение основных сигналов и напряжений питания между основными узлами комплектов ДК. Как видно из схемы соединений, в состав усилительных блоков входят: главная плата (MAIN PCB), импульсный источник питания (SMPS), плата передней панели (FRONT PCB), блок проигрывателя дисков (DVD MODULE) и блок тюнера (TUNER MODULE).
Импульсный источник питания (ИИП) через разъемы CN901/PN901 обеспечивает питание оконечных импульсных усилителей (ИУ), а через разъемы CN902/PN902 - основных узлов и устройств на главной плате, а через разъемы CN903/PDA01 - блока проигрывателя дисков. Электрическая принципиальная схема ИИП приведена на рис. 4. Блок состоит из двух узлов - питания ИУ на микросхеме IC902 и питания всех остальных устройств ДК на микросхеме IC901. ИИП не отличается особой оригинальностью. Определенные затруднения при его ремонте может вызвать потребность замены или подбора аналогов некоторых микросхем. Для облегчения задачи приведем основные параметры этих (нередко дефицитных) элементов схемы.
Микросхема IC901 типа KA5M0365R(RN) серии КД5х03хх-SERIAS фирмы FAIRCHILD Semiconductor относится к классу силовых ключей FPS (Fairchild Power Switch) и выпускается в корпусах TO-220F-4L и 8-DIP. Структура микросхемы приведена на рис. 5 (в скобках приведены номера соответствующих выводов микросхемы в корпусе 8-DIP). Назначение выводов микросхемы KA5M0365R(RN): 1 (2) - корпус, 2 (1, 6, 7, 8) - вывод стока полевого транзистора SFET, 3 (3) - вывод питания, 4 (4) - вывод обратной связи, (5) - не задействован (в рассматриваемых комплектах ДК микросхемаIC901 в корпусе TO-220F-4L). Максимально допустимые параметры микросхемы (KA5M0365R): Vd max - 650 В (максимальное напряжение на стоке полевого транзистора); Vgs - ±30 В (максимальное напряжение затвор-исток); Idm - 12 A (максимальный импульсный ток стока); Id - 3A (максимальный постоянный ток стока); Pd - 75 Вт (максимальная рассеиваемая мощность); температура корпуса -25...+85°С.
Основные электрические параметры KA5M0365R(RN): входная емкость(полевого транзистора) - 750 пФ; выходная емкость - 40 пФ; время задержки включения - 150 нс; время включения - 100 нс; время выключения - 42 нс; частота внутренней генерации - 50...100 кГц (зависит от исполнения микросхемы); сопротивление открытого транзистора - 3,6 Ом. В микросхему встроены узлы защиты по току и напряжению.
Микросхема IC902 типа KA5Q1265RF серии KA5Q-SERIES фирмы FAICHILD также относится к классу силовых ключей FPS и выпускается в корпусах TO-220-5L и TO-3PF-5L. Структура микросхемы приведена на рис. 6. Назначение выводов микросхемы: 1 - сток полевого транзистора, 2 - корпус, 3 - напряжение питания, 4 - вход обратной связи, 5 - вход синхронизации. Максимально допустимые параметры микросхемы: Vd max - 650 В; Vgs - ±30 В; Idm - 48 А; Id - 12 А; Pd - 95 Вт; температура корпуса - (-25...+85)°С.
Основные электрические параметры: входная емкость - 1820 пФ; выходная емкость - 185 пФ; время задержки включения - 38 нс; время включения - 120 нс; время выключения - 100 нс; частота внутренней генерации - 20 кГц; сопротивление открытого транзистора - 0,7 Ом. Имеется защита по току и напряжению.
При проверке линейных стабилизаторов IC921-IC923 на контакт 5 разъема CN902 должно поступать постоянное напряжение порядка +5 В. Наличие питающих напряжений удобно проверять по структурной схеме (рис. 2).
Секция питания (POWER SECTION) имеется и на главной плате, ее принципиальная схема приведена на рис. 7. При отсутствии звука во всех каналах следует проверить исправность дросселя L700 в цепи +33VF и соответствующие печатные проводники.
В состав главной платы усилительного блока ДК входят блоки, на которые в сервисном руководстве имеются отдельные принципиальные схемы: блок коммутации (I/O) - см. IC601 на рис. 2; цифровой сигнальный процессор (DSP) - см. IC301, IC201, IC202 на рис. 2; блок усилителей (АМР) - см. IC710, IC730, IC750, IC770 на рис. 2; система управления (MICOM) - см. IC101 на рис. 2.
Блок коммутации построен на основе микросхемы NJM2296M фирмы JRC. Эта микросхема - трехканальный коммутатор композитных видеосигналов со встроенными видеоусилителями. В состав блока коммутации входят также выходные усилители всех звуковых каналов ДК, выполненные на сдвоенных ОУ NJM4580M также фирмы JRC.
В состав цифрового сигнального процессора входят 24-разрядный дельта-сигма АЦП с частотой дискретизации 96 кГц и встроенной АРУ фирмы АКМ (Asahi Kasei Microsystems). АЦП преобразует в цифровую форму видео и звуковые сигналы от внешних источников и выхода тюнера.
Приемник цифровых сигналов IC202 типа AK4117 фирмы АКМ обеспечивает преобразование цифровых сигналов формата S/PDIF AES/EBU с оптического входа в сигналы специального 3-проводного интерфейса. Приемник также автоматически определяет тип цифрового потока: ИКМ, не ИКМ (DOLBYDIGITAL, MPEG), DTS. Цифровые сигналы с выходов АЦП и приемника поступают на коммутатор, входящий в состав БИС декодера MPEG MT1379 проигрывателя дисков (DVD MODULE). С выходов этого коммутатора снимаются цифровые сигналы по цепям LRCK, SCLK, FRONT L/R, REAR L/R, CENTER/WOOFER, исходными источниками которых могут быть: тюнер, внешние источники, подключенные к входам 1, 2, SCART и оптическому входу, и проигрыватель дисков.
Перечисленные сигналы поступают на цифровой звуковой процессор IC301 типа PS9818 фирмы Pulsus Technologies, представляющий собой 8-канальный,24-разрядный преобразователь ИКМ/ШИМ для систем "прямого цифрового" усиления. С выходов процессора ШИМ сигналы всех каналов поступают на блок импульсных усилителей мощности.
Его электрическая принципиальная схема приведена на рис. 8, блок выполнен на интегральных усилителях STA505 для фронтальных, тыловых и низкочастотного каналов, и STA501 - для центрального канала.
Микросхема STA505 фирмы STMicroelectronics является счетверенным мостовым УМЗЧ (Quad Power Half Bridge) и выполнена по технологии MULTIPOWER BCD TECHNOLOGY в корпусе PowerSO36. На базе микросхемы возможно построение высокоэффективных двухканальных усилителей по технологии DDX™. Структура и схема включения в двойном мостовом режиме (Dual BTL) микросхемы STA505, рекомендованная изготовителем, приведена на рис. 9.
В состав микросхемы входят 4 оконечных ключевых каскада на комплементарных полевых транзисторах с изолированным затвором (Complementary DMOS), формирователи импульсов с дифференциальными выходами (М2-М5, М14-М17), стабилизаторы напряжения (REGLATORS), блок защиты и логические схемы (PROTECTIONS & LOGIC). Перечислим назначение логических функциональных выводов микросхемы: выв. 27 (FAULT), лог. "0" (0 В, далее - 0) - включена защита от коротких замыканий и перегрева, лог. "1" (3,3 В, далее - 1) - обычная работа; выв. 26 (TRI-STATE), 0 - все выходы находятся в состоянии высокого сопротивления, 1 - обычная работа; выв. 25 (PWRDN), 0 - состояние пониженного потребления тока, 1 - обычная работа; выв. 28 (THWAR), 0 - температура микросхемы до 130°С, 1 - обычная работа; выв. 24 (CONFIG), 0 - обычная работа, 1 - OUT1A = OUT1B, если IN1A = IN1B и OUT2A = OUT2B, если IN2A = IN2B.
Основные параметры микросхемы: Vcc (напряжение питания) - 9...36 В; выходная мощность в двухканальном режиме при напряжении питания +30 В, КНИ = 10% на нагрузке 8 Ом - 50+50 Вт, в одноканальном режиме при напряжении питания +36 В, КНИ = 10% на нагрузке 8 Ом - 80 Вт; tr (время включения) - не более 25 нс; Ivcc(ток потребления в рабочем режиме по выводам Vcc) при скважности (Duty cycle)=50% (меандр) и частоте следования импульсов 384 кГц - 80 мА. Микросхема может быть использована и в 4-х канальном режиме.
Микросхема STA501 является сдвоенным мостовым УМЗЧ (DOUBLE POWER HALF BRIDGE) и выполнена также в корпусе PowerSO36. Структура и схема включения в двойном мостовом режиме микросхемы STA501, рекомендованная изготовителем, приведена на рис. 10. На базе микросхемы возможно построение высокоэффективных монофонических усилителей по технологии DDX. Параметры микросхемы практически не отличаются от соответствующих параметров STA505.
ШИМ сигналы всех каналов с частотой следования импульсов порядка 350.400 кГ ц от цифрового звукового процессора DAP PS9818 (рис. 2) дифференциально подаются на соответствующие микросхемы (рис. 8). Микросхема IC710 обрабатывает сигналы левого фронтального и тылового каналов, IC730 - правого фронтального и тылового каналов, IC750 - центрального канала, IC770 - низкочастотного канала, причем использована одноканальная схема включения с повышенной мощностью.
Поиск возможных неисправностей в узле ИУ следует начинать с измерения питающих напряжений: +33 В на выв. 4,7 микросхем STA505, STA501; +3,3 В на выв. 23 всех микросхем. При отсутствии напряжений проверяют печатные проводники, качество паек и соответствующие элементы в цепях питания. При неисправностях в каком-либо канале следует проконтролировать форму и размах выходных и входных ШИМ сигналов на выводах соответствующей микросхемы. Проверку следуетпрово-дить с помощью осциллографа с пробником (1:10). Размах ШИМ сигналов на выходах должен находиться в пределах 28.30 В, на входах порядка 0,4.0,6 В (измерение с закрытым входом). Желательно также проверить целостность обмоток выходных ФНЧ L711, L721, L731, L741, L761, L771, L781 и качество паяных соединений, убедиться в отсутствии коротких замыканий на выходах усилителей. Если входной сигнал есть и внешние элементы микросхемы исправны, а на выходе сигнал отсутствует, ее заменяют.
Все необходимые схемы можно скачать здесь
Литература и интернет-ресурсы
1. "Direct Digital Amplification (DDX®)", http://www.apogeeddx.com.
2. Петропавловский Ю."Усилители класса D в микросистемах PHILIPS MZ-1000/1100/1200", "Ремонт & Сервис", 2008, № 7, стр. 21-31.
Автор: Юрий Петропавловский (г. Таганрог)
Источник: Ремонт и сервис