智能音箱 之 功放介绍

1. 基本分类

功率放大器分甲类功放（A 类），乙类（B 类），甲乙类（AB 类）和丁类（D 类）；

A 类    指在信号的整个周期内，放大器的任何功率输出元件都不会出现电流截止的一类

           放大器。完全的线性放大形式的放大器，即使没有信号输入时也工作在偏置区，

           效率最低，理论效率只有25%，但不存在交越失真。单端放大器都是A类功放。

B 类   正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两“臂”轮流放大输出的一类放大器，

          每一“臂”的导电时间为信号的半个周期。如果没有信号输入，几乎不消耗功耗，

          理论效率78%，但存在交越失真。

AB 类  介于前两类之间，推挽放大的每一个臂的时间大于信号半个周期小于一个周期；

            效率与B类相当，但相对于B 类，交越失真更小；应用广泛。

D 类  也称数字式放大器，利用极高频频率的转换开关电路来放大音频信号，具有效率高

          体积小的优点，通常能够达到85%以上。 在有源超低音音箱中应用广泛，不适合

          做宽频带放大器。

  2. 主要参数

在全双工语音交互的系统中，功放的质量是非常重要的，因为AEC回声消除对信号失真

是非常敏感的。音频通路的整体谐波失真需要控制在5%以内。

务必注意：规格书上的额定功率值，条件通常是THD=10%。

故功放的功率选择按照喇叭额定功率的1.6~2.0倍是非常重要的。

部分功放具有动态调节音量的功能，在智能音箱中务必关闭此功能，否则将影响AEC。

所有的动态调节都务必在AEC采样点之前进行，具体如下图所示：

 

评价功率放大器主要从输出功率，电源纹波抑制比(PSSR)，总谐波失真加噪声

(THD+N)，关闭电流(Shutdown current)，工作电压（Power supply），还有功放的转换效

率等指标来评价。

输出功率(POCM)：反映功放的负载能力，指失真所限制的最大输出功率，超过这个输出

                               功率的电平，功放输出将产生削波失真，对后端扬声器有很大损伤。

                               额定功率测试条件常规是THD=10%条件下。

电源纹波抑制比(PSRR)：反映了功放对电源的纹波要求，PSRR 值越大越好，功放输出

                                音质就越好。

总谐波失真(THD)：指一个模拟电路处理信号后，在一特定频率范围内所引入的总失真

                               量。噪声(noise)是指通常不需要的信号，由于热或者其他物理条件产生

                               的在线路板上的其它电气行为(干扰)。从THD+N 的定义不难看出总谐

                               波失真和噪声越小越好。

不同封装、负载、功率、频率和电压，THD是不一样的，如下所示：

 

关断电流(Shutdown current)：关断电流越小，说明在待机条件下的放大器功耗小。输出

                                                偏移电压小有利于电池寿命的延长。

 3. 功放参数测试

由于不同供应商，尤其是国产厂商的功放参数是在不同测试条件下得到的，很难进行对

比，因此在功放选型时，需要根据目标需求，将各家功放在同等条件下实测来判定。

测试内容：输出功率、转化效率、静态功耗等；

• 常规条件下

测试环境：

直流电源给功放DEMO板供电，能看到电压和电流；

水泥电阻模拟扬声器（比如4R 或者6R或者8R等）；

播放器提供输入标准正弦模拟小信号（默认模拟功放）；

示波器监测输出信号幅度和 波形；

 

测试步骤：（以8R负载为例）

如上描述搭建好基本环境，播放器播放1kHz-3dB.wav文件；

将电压调到目标电压Vin，随时观察Iin；

调整输入信号幅度，示波器观察输出信号幅度Vout，确保功放的输出功率在目标功

率附近；

计算功放效率：E = (Vout/1.414)*(Vout/1.414)/8  /  (Vin*Iin)

调整输出信号，通过示波器观察到输出信号出现临界截幅失真状态，记录Vout；

计算功放最大功率：P = (Vout/1.414)*(Vout/1.414)/8；

去掉输入信号，功放使能状态，看直流电源的电流消耗，为静态功耗。

 

• 专用音频分析条件下

在专用软件测试下，还可以测试出频响。

 

 4. 输出调制模式

TI的功放输出调制模式主要分为AD mode 和BD mode两种。ST的不是这个叫法。

• 如下图为AD mode：

• 如下图为BD mode：

从上述图中不难发现，BD mode 有电流上的优势，所以一般采用BD mode。

注意：这种情况下，如果ADC是单端输入的话，不能直接从功放后面的P端取信号作 为参考信

           号，而要取差分的OUTP和OUTN，然后加一个运放把差分信号转换成单端信号再给到ADC。

 

5. 功放POP音调试

音频系统中，经常会出现播放器播放或者暂定播放时，功放出现POP音现象，严重影响

体验；为了消除或者减弱这种Click-POP噪音，有以下思路，根据实际情况验证：

功放使能控制时序

上电或者播音时保持关断模式，延迟稳定后再打开功放；

掉电或者停止播放时，提前关闭功放；    此方法最为有效，需要硬件和软件支持；

电压平衡方式

输入端的隔直耦合电容，两端直流偏置电压需要保持一致，防止电容充放电；

麦克风出现POP音时，试验过有效；蓝牙模块，差分输出时试验过暂无效；

改变耦合电容值

输入端隔直电容常规为0.1uF到4.7uF之间， 可以适当调小容值，减弱POP音。