自作赤外線リモコンコントロールアンプを設計してみる

アンプキットではアンプ機能しかないので,AVRの学習ネタで電子ボリュームを組み込んだ自作のプリアンプを前段に作ることにした.

完成したアンプの動画

設計したハードウエアとこの後に作ったソフトウェアを組み込んで完成したアンプの動作です。

このソフトウェアはこのリンクを見に行ってください。

実現したい機能

ステレオ電子ボリューム
電子ボリュームが製作の動機
電子ボリュームの設定値は電源OFFでも忘れないこと
ステレオ電子ボリュームICはNational Semiconductor LM1972を使う
2系統オーディオ入力セレクタ
PC音源,その他音源の切り替え目的
セレクタはOMRON G5VリレーをMCUで制御する
ヘッドホンアンプ
せっかく作るならこれもほしい
LME49600データシート の回路を参考に、オペアンプはNational Semiconductor LME49720を使い、バッファーにNational Semiconductor LME49600を使う
パワーアンプ
手持ちのTDA7491KITを利用
ポップノイズ抑制のためにMUTE/STANDBY機能をMCUで制御する
電源側に8200uF電解コンデンサを入れる(容量の割に安かったので)
突入電流抑制回路をMCUで制御する
ディスプレイ
現在のボリュームを確認するために必要
ディスプレイ電源OFF機能もつける
I/Oピンの余剰数制限でI2Cインターフェースの物を使用する
有機ELキャラクタディスプレイモジュールにSunlike Display SO1602を使う
ステレオオーディオレベルメーター,ピークメーター
あれば楽しそう
コントローラ(MCU)
arduinoで使われている物で入手性がのでAtmel AVR ATmega328Pを使う
電子ボリュームの設定値は電源OFFでも忘れないためにAVRのスリープモードをシステム電源OFFにします
赤外線リモコンでコントロール
赤外線リモコンコードの学習機能をつける
赤外線リモコン受信モジュールにPARA LIGHT PL-IRM2161-XD1を使う
ロータリーエンコーダーでコントロール
RGBLED,スイッチ付きロータリーエンコーダにSparkfun COM-10984を使う
ケース
タカチHEN110820を使う
KiCad EDAで設計
KiCad EDAで設計したガーバーデーターでプリント基板を発注します。

設計

図面はKiCadで書いてSVGでエクスポートしました.

ブロック図
ブロック図
階層シート
階層シート

アナログ回路

IRamp-analog_section
アナログ回路図

オーディオ入力セレクタ

リレーのc接点によって切り替えます。

電子ボリューム

LM1972データーシート
LM1972データーシート

LM1972データーシート

Typical Applicationの通りですが後段のアンプを出力バッファの代わりにします。

ヘッドホンアンプ

LME49600-10
LME49600データーシート

HIGH PERFORMANCE, HIGH FIDELITY HEADPHONE AMPLIFIER Figure 28 LME49600データーシート

ヘッドホンアンプの構成はFigure 28より U2-Aが非反転アンプ, U2-BがDCサーボ.これを参考にVRを電子ボリュームに変更してオペアンプをオリジナルの左右分離は基板の配線が困難だったので増幅段とDCサーボに分離しました. データシートでタンタル/セラミックコンデンサが指定されているが,すべてDCサーボ用のフィルムコンデンサと同じものを使いました。 フィルムコンデンサが1個70円もしたので設計図に書いてあるすべてのフィルムコンデンサは実装していません。

パワーアンプ

スイッチ付ミニオーディオジャックのAJ-1780でヘッドホンプラグが刺さっていないときにはスピーカーから音が出るようにしました。

オーディオ入力電圧絶対値回路

オーディオレベルメーター用に全波整流回路を用意します。

LMC6482データシート - page17
LMC6482データシート – page17

Figure19 Full Wave Rectifier LMC6482データシート

この回路はFigure19 Full Wave Rectifierそのままです。

制御回路

制御回路図
制御回路図
  • atmega328pのクロック源は8Mhzセラロック(負荷容量付き)
  • ケースを開けずにソフトウェアを書き込める用にAVRISPコネクターを用意
  • ソフトウェアがフリーズしたときのためのハードリセットスイッチを用意

パワーアンプ制御回路

TDA7491HVdatasheet-01 TDA7491HVデーターシート

メインアンプICのデーターシートにNo ‘pop’ at turn-on/offと書かれているが,ブレッドボードでの試作中に電源ON/OFF時メインアンプのポップノイズが気になったのでフォトカプラによって間接的にスタンバイ/ミュート端子を操作します.

赤外線受信モジュール回路

PL-IRM2161-02

B.P.F Center Frequency 38KHz
Peak Emission Wavelength 940nm
Output Form Active low output

PL-IRM2161-XD1データシート

キャリア周波数38KHz波長940nm赤外線を受信できる赤外線受信モジュールを選びます. その出力は負論理信号ですがソフトウェアで論理反転を行ないます.

RGBLED,スイッチ付きロータリーエンコーダ回路

  • ロータリーエンコーダと入力スイッチはマイコン内蔵プルアップ抵抗でプルアップするので直結します.
  • スイッチは負論理信号ですがプログラムで論理反転を行ないます.
  • RGBLEDは+12V電源に接続します.

I2Cディスプレイ回路

SO1602AWYB-UC-WB-U-10 SO1602AWYB-UC-WB-U-11SO1602AWデータシート

  • コネクタよりディスプレイモジュール側はモジュール側の基板に取り付けます(チップコンデンサとかジャンパー線とか)
  • SAOをGNDに接続しているので,I2Cディスプレイアドレスは0x3Cになります。
  • ついでにディスプレイモジュールのON/OFF回路をつけておきました。

電源回路

電源回路図
電源回路図

DC12V入力をパワーアンプに供給し,3.3Vロジック電源と±5.0Vアナログ電源を作る部分です. ヒューズ無しは不安なのでポリスイッチで保護します。

パワーアンプ電源

入力電源をANALOG_PWR信号でスイッチします。 MOSFETスイッチにはFDS4935を使います

-7A, -30V RDS(ON) = 23mΩ @ VGS = -10V FDS4935データーシート

ID = -7A, VGS = -12VでRDS(ON)23mΩを2個並列で使うので のスイッチ経由でパワーアンプに電源供給します。 コンデンサの突入電流抑制は2W33Ω抵抗を直列に入れて一定時間後に2SK2411で抵抗を短絡することで行います。

3.3vロジック電源

3.3Vロジック電源はシステムON/OFFに関わらず動作している回路への電源なので,待機電流を減らすためにできるだけ効率の良いレギュレータを探しました。今回はNJU7223DL1-33を使います。

NJU7223データシート - page1
NJU7223データシート – page1
NJU7223データシート - page2
NJU7223データシート – page2
NJU7223データシート - page4
NJU7223データシート – page4
  • 出力電流 500mA
  • 低消費電流 30μA typ.
  • 短絡保護回路内蔵
  • サーマルシャットダウン回路内蔵
  • 入力電圧 : 最大14V
  • 絶対最大定格 : 消費電力7.5W (TO-252パッケージでTc≦56℃)

NJU7223データシート

3.3Vロジック電源の負荷

  • 有機ELディスプレイが全点灯時で
  • 赤外線受信モジュール(IRM)が
  • フォトカプラ2つが
  • マイコンは不明

全部合わせてだいたい 400~450mW くらいだろうから 負荷電流 レギュレータの発熱が 絶対最大定格が7.5Wだし,基板に放熱する熱抵抗を考慮しても問題なさそう。

アナログ正負電源

アナログ正負電源は入力電源からdc-dcコンバータで±5Vを作って,チョークコイルとタンタルコンデンサで平滑します。タンタルコンは10個100円だったので多めに入れておきました。 このコンデンサの突入電流はチョークコイルで抑制されるだろう(未確認)dc-dcコンバータにはMCWI03-12D05を使います

FEATURES Fully Regulated Output Overload Protection Remote On/Off Control Notes All DC/DC converters should be externally fused at the front end for protection. MCWI03-12xデーターシート

  • dc-dcコンバーターの保護は電源側のポリスイッチ
  • 負荷の保護はdc-dcコンバーターの保護機能に頼ります
  • Capacitive Load:470uFを超えるとOver current Protectionが働くようなので負荷容量はそれ以下で

アナログ正負電源はANALOG_PWR信号でスイッチし,±5V±300mAの供給能力です。

部品表

KiCadが出力したBOMファイル

Reference Value
C01 220u aitendo
C02 47u 秋月電子通商
C03 8200u 秋月電子通商
C04 22u(tantalum) aitendo
C05 22u(tantalum) aitendo
C06 22u(tantalum) aitendo
C07 22u(tantalum) aitendo
C08 1u(film) 秋月電子通商
C09 1u(film) 秋月電子通商
C10 open
C11 open
C12 1u(film) 秋月電子通商
C13 1u(film) 秋月電子通商
C14 1u(film) 秋月電子通商
C15 1u(film) 秋月電子通商
C16 1u(film) 秋月電子通商
C17 1u(film) 秋月電子通商
C18 1u(film) 秋月電子通商
C19 1u(film) 秋月電子通商
C20 1u(film) 秋月電子通商
C21 1u(film) 秋月電子通商
C22 0.1u 秋月電子通商
C23 0.1u 秋月電子通商
C24 0.1u 秋月電子通商
C25 0.1u 秋月電子通商
C26 2.2u 秋月電子通商
C27 1u(film) 秋月電子通商
C28 1u(film) 秋月電子通商
C29 22u(tantalum) aitendo
C30 22u(tantalum) aitendo
C31 0.1u 秋月電子通商
C32 0.1u 秋月電子通商
C33 0.1u 秋月電子通商
CON1 BARREL_JACK 秋月電子通商
D1 LED 秋月電子通商
D2 02CZ3.3(3.3V)
D3 02CZ3.3(3.3V)
D4 1N4148W1 秋月電子通商
D5 1N4148W1 秋月電子通商
D6 1N4148W1 秋月電子通商
F1 PolySW 1.85A 秋月電子通商
G1 GND_SUMMING_PT
IC1 ATMEGA328P-P 秋月電子通商
inputRLY1 G5V2
J1 1ch IN 秋月電子通商
J2 2ch IN 秋月電子通商
J3 PHONE OUT 秋月電子通商
JP2 Jumper_NC_Small
JP3 Jumper_NC_Small
L1 220u aitendo
L2 220u aitendo
P1 AMP_POWER マルツ
P2 OUT ch.L マルツ
P3 OUT ch.R マルツ
P4 AVRISP マルツ
P5 DISPLAY マルツ
P6 CONN_01X04 マルツ
P7 STBY マルツ
P8 MUTE マルツ
Q1 2SK2411
Q2 8MHz 秋月電子通商
R01 10 マルツ
R02 10k マルツ
R03 33k マルツ
R04 33(2W) マルツ
R05 10 マルツ
R06 10k マルツ
R07 33k マルツ
R08 4.7k マルツ
R09 open マルツ
R10 open マルツ
R11 1k マルツ
R12 1k マルツ
R13 1M マルツ
R14 1M マルツ
R15 1M マルツ
R16 1M マルツ
R17 1k マルツ
R18 100k マルツ
R19 1k マルツ
R20 1k マルツ
R21 1k マルツ
R22 10 マルツ
R23 10k マルツ
R24 10k マルツ
R25 10k マルツ
R26 10k マルツ
R27 10k マルツ
R28 1k マルツ
R29 10k マルツ
R30 10 マルツ
R31 1k マルツ
R32 10k マルツ
R33 10 マルツ
R34 1.2k マルツ
R35 10k マルツ
R36 10 マルツ
R37 10k マルツ
R38 4.7k マルツ
R39 4.7k マルツ
R40 330 マルツ
R41 330 マルツ
R42 10 マルツ
R43 10k マルツ
R44 10k マルツ
R45 10k マルツ
R46 33k マルツ
RE1 R_ENC_SW_RGB_LED 千石電商
SW1 RESET 秋月電子通商
U01 NJU7223DL1 秋月電子通商
U02 NDS9936 秋月電子通商
U03 FDS4935 秋月電子通商
U04 MCWI03_12D05 秋月電子通商
U05 LME49720 秋月電子通商
U06 LME49720 秋月電子通商
U07 LM1972 秋月電子通商
U08 LME49600 秋月電子通商
U09 LME49600 秋月電子通商
U10 NDS9936 秋月電子通商
U11 LMC6482 秋月電子通商
U12 NDS9936 秋月電子通商
U13 NDS9936 秋月電子通商
U14 PL-IRM2161 秋月電子通商
U15 TLP121
U16 TLP121
U17 FDS4935 秋月電子通商
U18 SO1602AWYB-UC-WB 秋月電子通商
6mmローレット40mmΦボリュームつまみ 共立電子
スピーカーターミナル 共立電子
耐震接着マット

最後まで見てくれた人に

この設計で作った基板はKiCadでelecrowに発注した記事に書きました。

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