Обзор аппаратного аудио кодека MAX9860 (2x ADC + DAC)

MAX9860 это 24 pin(овый) чип у которого внутри один 16ти битный Sigma Delta ЦАП, и два AЦП с управлением по I2C. Данные загружаются и выгребаются по I2S. Конфигурация по I2C.

У меня уже было текст обзор аудиокодека WM8731. https://habr.com/ru/articles/703588/

В этом же тексте будет разбор кодека MAX9860.

Внимание!

C аудиокодеками надо работать с особой осторожностью так как при неправильной конфигурации I2C регистров внутри прошивки, микросхема DAC может сильным звуком контузить программиста. Никогда не надевайте наушники, если вы не уверенны в том, что сейчас будет нормальный звук.

Аппаратная часть

В первом приближении блок схема кодека это рис1. По сути любой аудиокодек это чип у поторого на одном чипе АЦП и ЦАП, регистры конфигурирования и ручка чтобы всем этим управлять. В данном случае этой ручкой является интерфейс I2C. В качестве числопровода для DAC выступает шина I2S.

При более внимательном рассмотрении чип выглядит так. Тут видно усиление сигнала на микрофонах, управление громкостью звука. Возможность включать аналоговый LoopBack. Возможность пропускать сигнал через цифровые фильтры (Эллиптический и Баттерворта) на разных частотах дискретизации 8kHz, 16kHz, 48kHz.

С точки зрения программиста микроконтроллеров MAX9860 выглядит так

Кто тактирует чип MAX9860ETG?
Как видно из схемотехники к микросхеме не подключен никакой кварцевый резонатор.

Расспиновка MAX9860ETG

из микросхемы торчат 24 провода. Вот их назначение и смысл

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1mQK_JenlkW6HhxwL5-TNvM1IrY6razIMxCsXBa6a-o0/edit?pli=1#gid=0

У микросхемы отсутствует pin reset.

Программирование MAX9860ETG+

У чипа MAX9860ETG 17 8ми битных регистров. Это 136 бит чистых конфигов, где каждый бит чего-то да значит. При этом в карте регистров нет регистра с ID чипа или значения ревизии. Данные передаются по I2C старшим битом вперед.

Что надо конфигурить внутри MAX9860ETG?

У чипа MAX9860 целая куча всяческих настроек. Вот перечень того что можно настраивать в аудиокодеке:

В ядре Linux драйвера для чипа MAX9860 нет. Можете сами убедиться в этом на сайте, который индексирует официальные сорцы Linux.
https://elixir.bootlin.com/linux/latest/A/ident/MAX9860

Однако есть что-то на github
https://github.com/CETIBOX-Base/linux/blob/8058fa542bfee2e19251d90f0c2458d46a14f148/sound/soc/codecs/max9860.c

Как это обычно бывает в электронике, отладочной платы для MAX9860 нет, а сам чип распространяется в микроскопическом и снобском корпусе 24TQFN-EP, который ты в очередной раз видишь впервые.

Поэтому для отладки драйвера чипа надо проектировать плату переходник для банального подключения проводов к микросхеме.

или купить переходник на Aliexpress. Ключевое слово QFN24 Transfer Board 0.5MM. Ждать 5 недель.

Чип можно конфигурировать по I2C. Базовый адрес равен значению 16=0x10.

Внутри 17 регистров для конфигураций

Запись I2C регистра выглядит так

Чтение I2C регистра выглядит так. Тут важно чтобы микроконтроллер генерировал только 1 Stop сигнал в самом конце, даже несмотря та то что в пакете 2 Start сигнала. Команда чтения должна быть монолитная. Иначе из регистра прочитаются нули.

Микросхема отвечает на I2C команды даже если отсутствует тактирование на проводе MCLK. Чтож, до регистров достучались. Научились их читать и писать.

Как регулировать громкость звука в аудиокодеке MAX9860?

В чипе MAX9860 громкость можно конфигурировать двумя способами:

Вот так может выглядеть API для драйвера MAX9860

#ifndef MAX9860_DRV_H
#define MAX9860_DRV_H

#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>

#include "i2s_types.h"
#include "max9860_const.h"
#include "max9860_dep.h"
#include "max9860_mic_drv.h"
#include "max9860_speaker_drv.h"
#include "max9860_types.h"

extern const Max9860RegName_t RegNameLUT[];

uint32_t max9860_static_reg_cnt(void);

bool max9860_check(void);
bool max9860_save_mode_set(void);
bool max9860_is_connected(void);
bool max9860_init(void);
bool max9860_reg_set(uint8_t reg_addr, uint8_t reg_val);
bool max9860_reg_set_verify(uint8_t reg_addr, uint8_t reg_val);
bool max9860_reg_get(uint8_t reg_addr, uint8_t* const reg_val);
bool max9860_reg_read_all(void);
bool max9860_proc(void);
bool max9860_bus_role_set(I2sRole_t volume);
bool max9860_write_lazy_reg(uint8_t reg_addr, uint8_t reg_val);
bool max9860_write_reg_by_bitmask(uint8_t reg_addr, char* bit_mask);
bool max9860_reset(void);
bool is_valid_voice_filter(DigitalFilter_t digital_filter);
bool max9860_voice_filter_set(Converter_t converter, DigitalFilter_t digital_filter);
I2sRole_t max9860_bus_role_get(void);
uint32_t max9860_reg_cnt(void);
DigitalFilter_t max9860_voice_filter_get(Converter_t converter);

#endif /* MAX9860_DRV_H */

Часть про DAC

#ifndef MAX9860_SPEAKER_DRV_H
#define MAX9860_SPEAKER_DRV_H

#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>

#include "i2s_types.h"
#include "max9860_types.h"

bool max9860_voice_filter_set(Converter_t converter, DigitalFilter_t digital_filter);
bool is_valid_voice_filter(DigitalFilter_t digital_filter);
bool max9860_dac_set(bool on_off);
bool max9860_dac_get(void);
bool max9860_digital_audio_level_set(Gain_t gain);
bool max9860_dac_gain_set(Gain_t gain);
bool max9860_volume_set(uint8_t volume);
DigitalFilter_t max9860_voice_filter_get(Converter_t converter);
Gain_t max9860_digital_audio_level_get(void);
Gain_t max9860_dac_gain_get(void);
Gain_t Code2DvaGain(uint8_t code);
uint8_t DvaGain2Code(Gain_t gain);
uint8_t Gain2DvstCode(Gain_t side_tone_gain);
uint8_t max9860_volume_get(void);

#endif /* MAX9860_SPEAKER_DRV_H */

часть про ADC

#ifndef MAX9860_MIC_DRV_H
#define MAX9860_MIC_DRV_H

#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>

#include "i2s_types.h"
#include "max9860_types.h"

bool max9860_sidetone_level_set(SideToneGain_t side_tone_gain);

bool max9860_adc_set(MicChannel_t mic_channel, bool on_off);
bool max9860_adc_get(MicChannel_t mic_channel);

bool max9860_sidetone_set(bool on_off);
bool max9860_digital_audio_level_set(Gain_t gain);
bool max9860_adc_output_level_set(MicChannel_t mic_channel, AdcGain_t adc_gain);
bool is_valid_adc_gain(AdcGain_t adc_gain);
bool max9860_microphone_preamp_set(Gain_t gain);
bool max9860_microphone_programmable_gain_amplifier_set(Gain_t gain);
Gain_t max9860_microphone_programmable_gain_amplifier_get(void);
Gain_t PamCode2Gain(uint8_t pam_code);
AdcGain_t max9860_adc_output_level_get(MicChannel_t mic_channel);
SideToneGain_t max9860_sidetone_level_get(void);
uint8_t Gain2PgamCode(Gain_t gain);
uint8_t Gain2PamCode(Gain_t gain);
uint8_t Gain2DvstCode(Gain_t side_tone_gain);
Gain_t max9860_microphone_preamp_get(void);
SideToneGain_t Code2SideToneGain(uint8_t code);
AdcGain_t AdcCode2Gain(uint8_t code);
Gain_t PgamCode2Gain(uint8_t pgam_code);
uint8_t AdcGain2Code(AdcGain_t adc_gain);

#endif /* MAX9860_MIC_DRV_H */

Достоинства MAX9860

++ I2C регистры можно читать. Это выгодно отличает MAX9860 от WM8731

++ В карте регистров есть регистра с ID чипа ( 0xFF) и значения ревизии. Поэтому получится сделать link тест.

Недостатки MAX9860

1--Только один DAC. Это mono

2--Сравнительно низкая производительность: максимальная частота дискретизации, разрядность.

3--Отсутствие доступных отладочных модулей на основе MAX9860

Как известно, всё познается в сравнении. Вот сравнение MAX9860 с другим распространенным аудио чипом WM8731.

На фоне WM8731 MAX9860 выглядит более пригодным для ответственных систем. В MAX9860 есть возможность читать регистры, выше мощность сигнала, шире температурный диапазон, ниже частота тактирования, ниже напряжение питания. Однако в MAX9860 меньше производительность. Меньше разрядность, нет stereo, меньше максимальная частота дискретизации.

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1r7tuNrQ8PPfIVcM2FeGpwa1eeWjyq41CD0MGq_Q_VV8/edit#gid=0

Можно заметить, что все аудио кодеки по сути это 2 устройства на одном кристалле: DAC и ADC. Если вы используете, например, только DAC, то можно просто не собирать код для ADC. Это упростить ваш проект и увеличит надежность.

Идеи устройств на чипе MAX9860

1-- Караоке

2-- В режиме Sidetone max8960 становится фактически слуховым аппаратом

3-- Звуковой дальномер.

4-- Диктофон.

5-- Плейер *.wav файлов.

6-- Метроном.

7--Громкоговоритель.

8--Осциллограф.

9--(проводная/беспроводная) передача модулированных данных, например FSK модуляцией.

10--Обновление прошивки через звук.

11--Передача бинарных данных по звуку. Интерфейс спикер->микрофон.

12--Датчик шума.

13--Спектро-анализатор.

14--Переносные рации.

Вывод

Это простой чип для воспроизведение и записи звука.

Словарь

Для работы с аудио кодеками надо распознавать следующие акронимы

Links
Купить переходник можно тут https://aliexpress.ru/wholesale?SearchText=QFN24+Transfer+Board++0.5MM

Отладочная плата для Max9860 https://r-ek.ru/ic/max9860evkit

https://habr.com/ru/articles/703588/

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1r7tuNrQ8PPfIVcM2FeGpwa1eeWjyq41CD0MGq_Q_VV8/edit#gid=0

Вопросы для обсуждения:
С какими микросхемами аудиокодеков работали Вы?