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车载无线系统的音频功率放大电路设计
发布时间:2010/8/1 15:59:00 来源:
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在车载无线系统中,感觉最难应对的就是音频电路的设计。

由于成本的敏感性,没有类似其它无线系统那样的成本优势,严重受限于 PCB 空间、CPU 工作方式、滤波电路,甚至专用音频 IC的选型。也不可能像手机那样进行复杂而全面的设计,只能删繁取精,在现有成本的基础上实现尽可能高的性能。然而,使用的环境场合又相对恶劣,问题的确比较棘手。

经过长时间的摸索试验,反复测试,并结合他人的经验,总结如下:

1、音频 IC 供电

多数情况下,电源噪声是导致音频性能变差的根本原因。 如有可能,采用独立稳压块为音频部分单独供电,以保证电源质量。开关汽车引擎、开关空调等情形产生的大电流冲击都应考虑在内。此外,该电源还需有效去耦。根据工作电流的大小,选择合适容值(最低应为 10uF)的低 ESR 的钽或铝电解电容,置于音频 IC 的电源引脚附近,衰减交流噪声,降低电源纹波。为对模拟电源进一步滤波,在模拟电源输入端的电源层和退藕电容之间串入一个磁珠。比较合适的表面安装磁珠规格是电感量为 10nH,500mA,直流阻抗为 0.3Ω,封装为 0603。

2、PCB 设计

在 PCB 设计中仔细分开模拟地(层)和数字地(层),并尽量使音频模拟信号的走线远离数字电路、功率开关电路及射频电路的走线。布局合理、平行走线、线短而粗等都是音频设计的常识,但实现起来并非易事。音频放大一般具有片外的负反馈放大电路,该电路应尽可能远离输入/输出。输入/输出的地应区别开,不宜直接共地。

3、  音频放大电路的信号输入

音频放大电路的信号输入不能是直流信号,如果以直流方式将音频信号耦合到 MIC 的前置放大器,有可能损坏前置放大器。串入合适的隔直电容,可削弱低频噪声。这可以防止由于放大器输出饱和产生的噪声并减少对后续的滤波要求。

4、音频放大电路的增益

鉴于车内的环境噪音较大,理应选择较高的放大电压增益,然而高增益也就伴随着高噪声,甚至损坏扬声器。这样将增加设计难度及无源器件成本,所以应权衡折衷,适用为佳。我司推出一系列带防破音的音频功放产品,能完美的解决这个问题。资料请查阅:http://www.szczkjgs.com/product_1026.htm

5、音频放大电路的信号输出

推荐以差分方式连接 MIC,从而消除噪声源在携带 MIC 信号的电路板走线中感应出的电气噪声。这种方法在正负信号走线对称布置并相互接近时效果最好,此时每条走线中感应出的噪声相同。适合于电容式麦克风,它输出幅度低,对给定量的噪声信噪比偏小。不要从电源直接向电容式麦克风提供偏置电压,因为偏置电压中的噪声在麦克风的前置放大器中被放大,它比在下游电路中产生的热噪声更加有害。相反,应使用专用偏置电压或低通滤波模拟电源。

6、音频引出线

应选用低损耗、高品质的屏蔽线,还应仔细选择连接的接插件,确保接触良好,以适应汽车的环境,在防震、防水、防尘、防腐等方面达到设计要求。有资料介绍,CAT5(5 类)线缆具有低成本和长距离驱动能力,使它成为除以太网数据包传输以外,可用于音频数据格式的一种很具吸收力的选择。不过笔者并未测试过。

7、音频输出控制

音频在需要时方可允许输出,这应为共识。有些音频 IC 有一个 SHUTDOWN 或者 MUTE 引脚,可以实现该控制功能。可是大多数并没有这一引脚,所以需要增加额外的电平开关电路,控制音频信号。程序设计时有一个使能的时机问题,上电时应适当延迟后再打开,以避免串入音频电路的令人讨厌的电源噪声,一般延迟 100ms 左右。一旦音频输出完毕,应延迟 100-500ms 后关闭(屏蔽)输出,不只节省了不必要的消耗电流(因为大多数的音频 IC 的工作电流较大,发热较高),而且还有效降低了噪声干扰。

8、射频干扰

无线系统的射频收发,对音频造成干扰也比较常见。因此还需增加高通滤波电路,对射频发射/接收频点附近的频率进行预防,也会收到预期效果。例如,GSM 可工作于三种频率,800MHz/900MHz/1800MHz,因此应在音频放大电路的信号输入端增加适当的高通滤波电路,建议电容选用容值为 18pF/27pF 的电容,分别连接到音频电源地。也就是说,除了低通滤波之外,还应包括有高通滤波。

9、其它方面

低 ESR、较高的额定工作电压和宽环境温度的固态电容(首选钽电容);宽范围的电源稳压块;带屏蔽壳的扼流圈(防止电流突变),等等,这些都会收到良好的效果。

 
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