Arduino に iPod の出力を繋ぐためのプリアンプ回路を設計してみる

注）Qiita で書いた記事 を引っ越してきました

Arduino で iPod の出力を精度よくデジタル変換したいなと思って、プリアンプ回路を設計してみた。対象は Arduino Due だけど、他の Arduino でも同じように使える回路になっているはず。

Arduino Due は 3.3V で動くので、AD 変換（アナログ-デジタル変換）の精度が最も良くなるのは 1.65V を中心に振幅が 1.65V の信号を入れたとき。しかし、iPod の出力の最大振幅は 1.0V 程度なので、AD 変換器の性能を引き出せない。

しかも、iPod のステレオミニプラグから取り出した音声信号は 0V を中心にして正負の電圧になる。それを Arduino の GND と A0 ピンに直接繋ぐと正側の信号しか取れないことになる。しかも Arduino の入力ピンに負電圧がかかるので Arduino を壊すかもしれない。

プリアンプ回路

ということで、中心電位を 1.65V に調整しつつ、振幅を増幅する回路を作る。それをプリアンプと呼ぶかどうかは良くわからないが、入力信号を調整するアンプという意味でそう呼ぶことにする。使った部品はすべて秋月電子通商で揃う。

回路図の左側がメインとなるアンプ回路だ。典型的な非反転増幅回路になっていて、増幅倍率を可変抵抗で調整できる。

右側が、Arduino から供給された 3.3V の電源から、その半分の 1.65V を作り出す回路だ。これもまたオペアンプの典型的な使い方で、ボルテージフォロワと呼ばれる。

回路図中のグランド記号がボルテージフォロワの出力に繋がっているのがポイントだ。電圧というのは相対的なもので、「グランド」を基準とすると Arduino の GND 端子は -1.65V、3.3V 電源端子は +1.65V になるというわけ。この回路のおかげで、アンプ回路の出力が Arduino からみて 1.65V を中心とした波形になる。

この設計の回路がちゃんと動くかは、後日検証する予定。