PWM Audio

In diesem Abschnitt wird auf die Verkabelung, insbesondere auf die Audiowiedergabe mit PWM Audio des Raspberry Pi Zero eingegangen.

Audiobuchse

Audiobuchse Gameboy DMG-01Die Audiobuchse des Original Gameboy DMG-01 kann für die Audioausgabe verwendet werden. Von Vorteil ist, dass diese automatisch auf den Lautsprecher schaltet, sofern keine Kopfhörer angeschlossen sind. Pin 3 und Pin 4 sind dann verbunden.

Dafür wird dieser einfach aus der Platine gelötet. Die Pinbelegung ist wie folgt:

Audiobuchse Gameboy
– Pin 1: L In
– Pin 2: R In
– Pin 3: Out
– Pin 4: Out (aktiv, wenn kein Kopfhöhrer angeschlossen ist)
– Pin 5: Ground

Bandpassfilter

PWM Tiefpassfilter Raspberry Pi ZeroDas PWM-Signal des Raspberry Pi Zero ist im hohen Frequenzbereich mit starkem Rauschen behaftet. Der untere Frequenzbereich ist ebenso mit Störungen behaftet. Um die Audioqualität zu verbessern und den nachfolgenden Verstärker nicht zus stören wird ein Bandpassfilter eingesetzt. Es wird der usprüngliche passive Bandpass des klassischen Raspberry Pi verwendet. Dafür werden folgende Komponenten benötigt:

  • 270 Ω Wiederstand
  • 150 Ω Wiederstand
  • 10 uF Elektrolytkondensator
  • 33 nF Keramikkondensator

Da eine Stereoausgabe gewünscht ist, muss das Filter für beide Kanäle gebaut werden.

PWM Tiefpassfilter Raspberry Pi Zero Schematic

Dieser realisiert ein Bandpass mit den zwei Grenzfrequenzen. Er ist geteilt in einen Hochpass, mit der Grenzfrequenz $f_{g1}$ und ein Tiefpass mit der Grenzfrequenz $f_{g2}$.

$$
f_{g1}=\frac{1}{2\pi \cdot R_1 \cdot C_1}=\frac{1}{2\pi \cdot 150\Omega \cdot 10 \text{ uF}}=106 \text{ Hz}
$$
$$
f_{g2}=\frac{1}{2\pi \cdot R_1 \cdot C_1}=\frac{1}{2\pi \cdot 270\Omega \cdot 33 \text{ nF}}=17.86 \text{ kHz}
$$

Es wird also nur der Durchlassbereich zwischen 106 Hz und 17.86 kHz durchgelassen und die hohen Frequenzanteile, die beim PWM durch die Flankenwechsel entstehen werden herausgefiltert.

Lautstärkeregler

Gameboy Potentiometer LautstärkereglerDer Potentionmeter des Gameboy DMG-01 ist ein Stereo Potentiometer mit 10 kΩ. Dadurch kann er direkt wiederverwendet werden. Pin 1 ist Ground, Pin 3 und 4, sowie Pin 2 und 5 sind die zwei Potentiometer.

Die Platine kann aus dem Gameboy Motherboard gefräst werden. Dabei ist darauf zu achten, dass möglichst noch zwei Stützstellen des alten Gameboy Gehäuses wiederverwendet werden können, um den Wiedereinbau zu erleichtern. Möchte man den

Audiotest

Bei der Wiedergabe des Audios ist ein Rauschen erkennbar, das durch Interferenzen induziert wird. Eine Möglichkeit dies zu verringern besteht durch das Hinzufügen von kleine Ferritkernen um die Audiokanäle. Alternativ lässt sich die Audioausgabe auch über eine kleine USB Audio Soundkarte bewerkstelligen.

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Dadurch wird Platz gespart und die Filter werden nicht mehr benötigt. Für eine Ausgabe über den Lautsprecher wird zusätzlich ein Verstärker benötigt. Ich verwende dafür einen PAM8403. Dieser ist ein Standard Zweikanal Stereo Mini Class-D 3W Audio Amplifier.