分享一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目中遇到的一個(gè)音頻問題。
在嵌入式產(chǎn)品、機(jī)器人等設(shè)計(jì)中，音頻功放設(shè)計(jì)有時(shí)候必不可少，我們對(duì)音頻的要求不高，只要音量足夠，聲音聽起來更干凈，清晰，沒有噪音即可，畢竟我們不是做專業(yè)的音響，不需要高保真，4D環(huán)繞，高低音搭配等等。
什么是環(huán)地
如下圖所示，嵌入式板卡與功放使用同一個(gè)電源，音頻信號(hào)由嵌入式板卡通過3.5MM接口輸出，給音頻功放。
如上圖紅色標(biāo)注的部分所示，地線回路與3.5MM的音頻信號(hào)行成了地環(huán)回路，如果3.5MM接頭兩邊的電路沒有經(jīng)過特殊處理，那么此時(shí)的功放揚(yáng)聲器中，你可能會(huì)聽到一個(gè)“�！�.”的噪聲。這個(gè)噪聲會(huì)一直存在，伴隨著你的嵌入式板卡的音量增加而增加，就是共地噪聲的影響。
這個(gè)噪聲是不能接收的，是不是只要打破這個(gè)環(huán)路，那就可以解決這個(gè)問題呢？首先想到的就是電容隔離或者地線不接，如下圖所示。
但是，經(jīng)過我的實(shí)際測(cè)試，最終得到的結(jié)果是：這些手段都是無效的。
解決之道
經(jīng)過查閱各種資料、以及網(wǎng)上其他的案例，在加上請(qǐng)教專業(yè)的音頻功放設(shè)計(jì)工程師，最后總結(jié)如下：解決這種環(huán)地干擾就三種手段，電源隔離、音頻信號(hào)隔離、信號(hào)地分割。
方法一：電源隔離
電路設(shè)計(jì)拓?fù)淙缦拢?br>
嵌入式板卡的供電由DC電源提供，音頻功放的電源由DC-DC隔離電源提供，這樣就切斷了功放與嵌入式板卡之前的地，行成不了環(huán)地，這樣這個(gè)環(huán)地噪聲也就沒有了。
注意這個(gè)電源必須是隔離電源，非隔離的電源是沒有效果的。
在我拆解小船機(jī)器人時(shí)候，發(fā)現(xiàn)小船就是用的這種電源隔離方式設(shè)計(jì)音頻的，實(shí)物拍攝如下圖所示。
從絲印上來看，其電源采用了10W的12V轉(zhuǎn)12V隔離電源，音頻采用的是PAM8006方案，15Wx2雙聲道8歐姆揚(yáng)聲器的D類數(shù)字功放。
方法二：音頻信號(hào)隔離
音頻信號(hào)隔離一般主要是在功放的前端（即輸入信號(hào)）進(jìn)行音頻信號(hào)隔離。在TAOBAO上也有賣這種音頻信號(hào)隔離器。
下圖為我在網(wǎng)上能買到的音頻隔離器，其內(nèi)部電路為耦合電感，電路示意圖如下：
實(shí)際使用的時(shí)候只需要在3.5MM的音頻輸入信號(hào)上加上這個(gè)隔離器就可以。
這種隔離器內(nèi)部很簡(jiǎn)單，就是量耦合電感（左右聲道各一個(gè)），使用也挺方便的，唯一的遺憾就是其體積比較大，當(dāng)然也可以直接把這種耦合電感設(shè)計(jì)到板子上。
方法三：音頻信號(hào)地分割
如果，即不使用隔離電源，也不使用信號(hào)隔離器，就要使用那種環(huán)地的方式去搭建音頻方案，能否解決環(huán)地引起的噪聲么？
答案是可以的，但是這個(gè)需要很強(qiáng)的專業(yè)功底和電路繪制技巧。
“音頻信號(hào)地分割”這個(gè)名字是我自己取得，可能不夠?qū)I(yè)，其設(shè)計(jì)原理要求嵌入式板卡需要提供一個(gè)干凈的音頻信號(hào)，這個(gè)信號(hào)不能含有太多的噪音�；驹砣缦拢�
如上圖就是嵌入式板卡（音頻源）的設(shè)計(jì)思路：一般來說，嵌入式板卡上有很多的耗電設(shè)備，顯示屏幕，CPU，內(nèi)存，音頻等等，這個(gè)些設(shè)備都可以看成一個(gè)個(gè)的負(fù)載，都是有電流流過的。
而所有的電流都是從電源正流到電源負(fù)。
所以，要求嵌入式板卡的電源以及地需要設(shè)計(jì)合理，如上圖所示，電源輸入總電流為I總，分別流向負(fù)載，RL1、RL2….RLn，均會(huì)產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)的電流I1,I2……In。
那么要求在設(shè)計(jì)嵌入式板卡的時(shí)候大電流的負(fù)載靠近電源端口，依次是中電流，最后是小電流，而3.5MM音頻輸出為非常小的電流，這里用RLn表示，其上面流過的電流十分微弱幾乎不計(jì)，而3.5MM的音頻信號(hào)和地，就需要從從這里輸出。
這樣的設(shè)計(jì)好處是大電流的設(shè)備對(duì)地的影響，會(huì)不影響到后級(jí)的電源地。
如何去實(shí)現(xiàn)這樣的設(shè)計(jì)呢？那就是地平面分割，通過地平面的有效分割，去約束電源地中的電流流向（絕對(duì)不能使用滿鋪敷銅的方式去實(shí)現(xiàn)地平面設(shè)計(jì)）。
而最末端，由于其電流很小，對(duì)電源的沖擊也很小，所以這樣輸出的音頻信號(hào)，就是一個(gè)干凈的音頻信號(hào)。
如何去判斷一個(gè)音頻信號(hào)是否為干凈的音頻信號(hào)？
很簡(jiǎn)單，在音頻信號(hào)上串接一個(gè)電流表，只要這個(gè)電流表上有電流，這個(gè)信號(hào)就不是一個(gè)完美的音頻信號(hào)。
實(shí)際設(shè)計(jì)
結(jié)合了上述幾種方法，在我項(xiàng)目中，應(yīng)該如何選擇？
首先隔離電源的方案，我的項(xiàng)目中至少要選擇一個(gè)20W的隔離電源，光一個(gè)隔離電源成本大概要60左右，感覺太不劃算。
信號(hào)隔離方案，這個(gè)信號(hào)隔離器倒是不貴，但是體積比較大。如果我將耦合電感設(shè)計(jì)到電路板上，一時(shí)也找不到一個(gè)合適的電感。
第三種方式，我直接排除了，因?yàn)樵谖业捻?xiàng)目中引起這個(gè)噪聲的罪魁禍?zhǔn)拙褪沁@個(gè)板卡，而這個(gè)板卡又是買的第三方的，我改不了。
所以，最后很明確，只有方法一和方法二。
日常生活中，汽車汽車內(nèi)部的電子設(shè)備也是挺多的，而且其只有一個(gè)電源（電瓶或者發(fā)電機(jī)，任何時(shí)候只有一個(gè)電源工作），其內(nèi)部那么多的設(shè)備也要耗電，其音頻方案是怎樣的？
當(dāng)然我們不能去拆了一個(gè)汽車，但是可以在網(wǎng)上找找資料。
最終，ROHM的一個(gè)芯片進(jìn)入我的視野——BA3121，對(duì)地能動(dòng)沖放大器。
- 對(duì)地能動(dòng)沖放大器集成電路是一種能夠?qū)⒌匦盘?hào)的噪聲進(jìn)行放大和抵消，內(nèi)部框圖如下：
具體的芯片性能，我就不多說了，大家可以下載芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)。而我則先在TAOBAO上買了一個(gè)個(gè)模式試試。
經(jīng)過實(shí)際的電路搭建，該模塊確實(shí)能夠很好的抑制了環(huán)地引起的地信號(hào)干擾。注意，這個(gè)模塊是有源的哦。
下面開始實(shí)際電路設(shè)計(jì)。
音頻芯片我使用的PAM8610，也是音訊的方案。
最終實(shí)際布線如下：
最后，經(jīng)過電路板打樣和焊接測(cè)試，該方案確實(shí)能夠解決音頻環(huán)地帶來“叮….”的噪聲，其和使用信號(hào)隔離器的效果是一樣的。
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