分享一個(gè)實(shí)際項目中遇到的一個(gè)音頻問(wèn)題。
在嵌入式產(chǎn)品、機器人等設計中，音頻功放設計有時(shí)候必不可少，我們對音頻的要求不高，只要音量足夠，聲音聽(tīng)起來(lái)更干凈，清晰，沒(méi)有噪音即可，畢竟我們不是做專(zhuān)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，音頻信號由嵌入式板卡通過(guò)3.5MM接口輸出，給音頻功放。
如上圖紅色標注的部分所示，地線(xiàn)回路與3.5MM的音頻信號行成了地環(huán)回路，如果3.5MM接頭兩邊的電路沒(méi)有經(jīng)過(guò)特殊處理，那么此時(shí)的功放揚聲器中，你可能會(huì )聽(tīng)到一個(gè)“�！�.”的噪聲。這個(gè)噪聲會(huì )一直存在，伴隨著(zhù)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(wèn)題呢？首先想到的就是電容隔離或者地線(xiàn)不接，如下圖所示。
但是，經(jīng)過(guò)我的實(shí)際測試，最終得到的結果是：這些手段都是無(wú)效的。
解決之道
經(jīng)過(guò)查閱各種資料、以及網(wǎng)上其他的案例，在加上請教專(zhuān)業(yè)的音頻功放設計工程師，最后總結如下：解決這種環(huán)地干擾就三種手段，電源隔離、音頻信號隔離、信號地分割。
方法一：電源隔離
電路設計拓撲如下：
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(méi)有了。
注意這個(gè)電源必須是隔離電源，非隔離的電源是沒(méi)有效果的。
在我拆解小船機器人時(shí)候，發(fā)現小船就是用的這種電源隔離方式設計音頻的，實(shí)物拍攝如下圖所示。
從絲印上來(lái)看，其電源采用了10W的12V轉12V隔離電源，音頻采用的是PAM8006方案，15Wx2雙聲道8歐姆揚聲器的D類(lèi)數字功放。
方法二：音頻信號隔離
音頻信號隔離一般主要是在功放的前端（即輸入信號）進(jìn)行音頻信號隔離。在TAOBAO上也有賣(mài)這種音頻信號隔離器。
下圖為我在網(wǎng)上能買(mǎi)到的音頻隔離器，其內部電路為耦合電感，電路示意圖如下：
實(shí)際使用的時(shí)候只需要在3.5MM的音頻輸入信號上加上這個(gè)隔離器就可以。
這種隔離器內部很簡(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，當然也可以直接把這種耦合電感設計到板子上。
方法三：音頻信號地分割
如果，即不使用隔離電源，也不使用信號隔離器，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)需要很強的專(zhuān)業(yè)功底和電路繪制技巧。
“音頻信號地分割”這個(gè)名字是我自己取得，可能不夠專(zhuān)業(yè)，其設計原理要求嵌入式板卡需要提供一個(gè)干凈的音頻信號，這個(gè)信號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）的設計思路：一般來(lái)說(shuō)，嵌入式板卡上有很多的耗電設備，顯示屏幕，CPU，內存，音頻等等，這個(gè)些設備都可以看成一個(gè)個(gè)的負載，都是有電流流過(guò)的。
而所有的電流都是從電源正流到電源負。
所以，要求嵌入式板卡的電源以及地需要設計合理，如上圖所示，電源輸入總電流為I總，分別流向負載，RL1、RL2….RLn，均會(huì )產(chǎn)生一個(gè)對應的電流I1,I2……In。
那么要求在設計嵌入式板卡的時(shí)候大電流的負載靠近電源端口，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(guò)的電流十分微弱幾乎不計，而3.5MM的音頻信號和地，就需要從從這里輸出。
這樣的設計好處是大電流的設備對地的影響，會(huì )不影響到后級的電源地。
如何去實(shí)現這樣的設計呢？那就是地平面分割，通過(guò)地平面的有效分割，去約束電源地中的電流流向（絕對不能使用滿(mǎn)鋪敷銅的方式去實(shí)現地平面設計）。
而最末端，由于其電流很小，對電源的沖擊也很小，所以這樣輸出的音頻信號，就是一個(gè)干凈的音頻信號。
如何去判斷一個(gè)音頻信號是否為干凈的音頻信號？
很簡(jiǎn)單，在音頻信號上串接一個(gè)電流表，只要這個(gè)電流表上有電流，這個(gè)信號就不是一個(gè)完美的音頻信號。
實(shí)際設計
結合了上述幾種方法，在我項目中，應該如何選擇？
首先隔離電源的方案，我的項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(jué)太不劃算。
信號隔離方案，這個(gè)信號隔離器倒是不貴，但是體積比較大。如果我將耦合電感設計到電路板上，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，因為在我的項目中引起這個(gè)噪聲的罪魁禍首就是這個(gè)板卡，而這個(gè)板卡又是買(mǎi)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(chē)汽車(chē)內部的電子設備也是挺多的，而且其只有一個(gè)電源（電瓶或者發(fā)電機，任何時(shí)候只有一個(gè)電源工作），其內部那么多的設備也要耗電，其音頻方案是怎樣的？
當然我們不能去拆了一個(gè)汽車(chē)，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，對地能動(dòng)沖放大器。
- 對地能動(dòng)沖放大器集成電路是一種能夠將地信號的噪聲進(jìn)行放大和抵消，內部框圖如下：
具體的芯片性能，我就不多說(shuō)了，大家可以下載芯片的數據手冊。而我則先在TAOBAO上買(mǎi)了一個(gè)個(gè)模式試試。
經(jīng)過(guò)實(shí)際的電路搭建，該模塊確實(shí)能夠很好的抑制了環(huán)地引起的地信號干擾。注意，這個(gè)模塊是有源的哦。
下面開(kāi)始實(shí)際電路設計。
音頻芯片我使用的PAM8610，也是音訊的方案。
最終實(shí)際布線(xiàn)如下：
最后，經(jīng)過(guò)電路板打樣和焊接測試，該方案確實(shí)能夠解決音頻環(huán)地帶來(lái)“�！�.”的噪聲，其和使用信號隔離器的效果是一樣的。
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