功放设计锦集一

                                                      功放设计锦集一

内容简介

1、 基本概念了解
2、 声道种类
3、 主流功率放大器特点
4、 采样频率
5、 数字功放主要设置参数
6、 I2S
7、 音效
8、 响度
9、 数字音效
10、 专业音效音效频率段
11、 射极跟随器主要特点
12、 射极跟随器的优点
13、 射极跟随器的原理
14、 自举设计
15、 功放EMI整改

一、基本概念了解

声道是指在不同空间位置采集或播放互为独立的音频信号；
声道数是声音录制时的音源数量或播放时相应的通道数量；

二、 声道种类

1、 单声道
当通过两个扬声器回放单声道信息的时候，可明显感觉到声音是从两个音箱中间传递到耳朵里,严重缺乏立体感；
2、 立体声
声音通常是在录制过程中就会被分配到两个独立的声道，从而达到较好的声音定位效果。是许多相关音频类产品的重要技术标准。
3、 准立体声
在录制声音的时候采用单声道，而播放时即可立体声也可单声道，现在已经不再使用了；
4、 四声环绕
四声道环绕前左、前右，后左、后右4个发音点，通常为了达到更好的效果再增加一个低音音箱,而听众则被包围在这中间。四声道可以让听众体验到来自多个不同方向的声音环绕，可以体验到身临各种不同环境的听觉感受，虚拟真实全新的体验。四声道技术目前较常用于各类中高档声卡的设计中为发展主流趋势；
5、 5.1声道
.1声道是专门设计的超低音声道，可产生20-120Hz的频响;
与之前区别主要在于增加了一个中置单元。此单元负责传送低于80Hz的音频信号，有利于加强人声，能把对话等集中在整个声场中部，以增加整体效果；
6、6.1声道
左、中、右、环绕左、环绕右、环绕中再一个声道;
超重低音部分只0.1声道；
7、7.1声道
该声道是在5.1声道的基础上增加了中左和中右两个发音点。
7.1声道有双路后中置,而这双路后中置的最大作用就是为了防止听者因为没有坐在最佳位置而在听觉上产生声场的偏差。
人耳朵分左右,若在后面只有一个中置喇叭，声场就会有所偏差，这个偏差会造成有时你觉得声音是比较靠近一边的，这主要看是哪边先感受到声音，同时这样的声场不会让人有立体感，很平面。当耳朵正面不是正对着发音点时，需要两只喇叭来修正相位差，所以听音乐至少要用两只喇叭才能形成立体声,但7.1成本较高，只有高端配置中才使用，没有广泛普及开;
.1仍然是指低音音箱，也叫低音炮，用来播放分离的低频声音,用来播放LFE声道；

三、主流功率放大器特点

A/甲类:
线性放大
晶体管的正负通道不论有或没有信号都处于常开状态
功率消耗为热量，但失真率极低
效率通常只有20-30%
B/乙类：
线性放大
工作时，晶体管的正负通道通常是处于关闭状态除非有信号输入，
在正负通道开启关闭的时候，常常会产生跨越失真，特别是在低电平的情况下
AB/甲乙类：
当没有信号或信号非常小时，晶体管的正负通道都常开，这时功率有所损耗；
会产生一点交越失真,效率及保真度都优于A、B类功放；
是目前汽车音响中应用最为广泛的设计。
D类：
极短的时间内完全导通或截止,热量很少,效率极高(90%左右);
电路共分为三级：输入开关级、功率放大级、输出滤波级;
高保真，低噪声;

四、采样频率

在音频处理时要先把音频的模拟信号变成数字信号；
当要把音频播放时则是把数字信号转换成模拟信号；
奈奎斯特采样定理:要想重建原始信号采样频率须大于信号中最高频率两倍以上。
人能感受到的频率范围为20HZ--20kHZ；
一般音乐采样频率为44.1kHZ,更高可达到48kHZ和96kHZ，一般语音采样频率为16kHz；
语音主为沟通，无需很清晰，可分窄带和宽带;
窄带频率范围为300Hz--3.4KHz,相应的采样频率为8KHz;
宽带频率范围为50Hz--7KHz,相应的采样频率为16KHz为高清语音;

五、数字功放主要设置参数

PCM(脉冲编码调制)
1、采样频率、量化精度
2、把用户空间的应用程序发过来的PCM数据，转化为人耳可以辨别的模拟音频
3、把mic拾取到得模拟信号，经过采样、量化，转换为PCM信号送回给用户空间的应用程序
EQ(均衡器)
1、频率---这是用于设定你要进行调整的频率点的参数；
2、增益---用于调整在你设定好的F值上进行增益或衰减的参数；
3、频宽比---用于设定你要进行增益或衰减的频段"宽度"的参数,Q值越小处理的频段就越宽；

六、I2S

1、 BCLK位时钟
对应数字音频的每一位数据,SCLK都有1个脉冲；
SCLK的频率=2×采样频率×采样位数；
2、 SDATA串行数据
有时为使系统间能够更好地同步,还需要另外传输一个信号MCLK主时钟/系统时钟，是采样频率的256倍或384倍。
3、 LRCK帧时钟
用于切换左右声道的数据
1表示正在传输的是右声道的数据
0表示正在传输的是左声道的数据
LRCK的频率等于采样频率

七、音效

1、 通过增强对声音处理,增加乐音和效果音,而增加真实感;
2、 包含数字音效、环境音效、普通音效、专业音效;
3、是应用在音乐和声音对话等上的处理过程;

八、响度

1、即使物体振动的幅度;

九、数字音效

1、也称之为EQ模式;
2、数字音效模式一般分为:CLASSIC、POP、JAZZ、ROCK、NOMAL、AUTO;

十、环境音效

1、对声音使用数字音效处理;
2、对声音进行环境过滤、移位、反射、过渡等处理,使其具有不同空间特性;

十一、专业音效

1、杜比降噪、BBE就是这类音效最出色的代表;
2、在原来音乐的基础上，进行空间环绕、音场展宽、动态增强等处理;

十二、音效频率段

十三、射极跟随器主要特点

1、 属于是共集电极放大电路
何为共集电极放大电路?
当输入的音频类信号是通过三极管基极、发射极等两侧输入，当在施加于交流通路的情况下,可以看到音频信号经此放大电路后，由三极管发射极输出,得到所需规格的输出信号，简单的来理解，该输出信号是从发射极引出，对于同一电路中，整个信号如同从发射极开始的分支,集电极是共同的，因此为共集电极放大电路；
共集电极放大电路主要应用:电流放大、音频功放的阻抗匹配电路、多级放大的缓冲与输出电路等等；
2、 属于电压串联负反馈放大电路
如何判定为电压串联负反馈?
对于此类放大电路类型区分主要注意串联型/并联型，电流型/电压型；
串/并联反馈，主要区别在于输入信号与反馈信号是否加在同侧,同侧则为并联,异侧则为串联；
电压/电流型，主要区别在于输出信号是直接引出/经过输出侧电阻的近地端引出；
能将输入音频信号的电流放大，输出信号的电压幅值基本不变，放大倍数接近于1；

十四、射极跟随器的优点

1、 工作稳定频响宽；
2、输入电阻大，这样会让消耗信号源的电流小；
相比于一般共发射极电路输入电阻大很多，对信号源来说只是轻载；
输入电阻算法Rsr≈βRe;
4、输出电阻小
由于该跟随器具有输入电阻大、输出电阻小特点，可阻抗匹配;
输出电阻小，带载电流的能力强，适合带阻抗比较小的负载;
相比于一般共发射极电路的输出电阻比共发射极电路小得多；
通常在设计多级放大器的时候，为了解决阻抗匹配问题，在中间两级之间加入射极限随器，能够充分利用该电路的高输入阻抗与前级的高输出进行匹配调节达到最佳；
利用该电路的低输出阻抗特性与后级低输入阻抗相匹配，可以起到缓冲的作用，减少前后级之间的干扰影响;
负反馈作用使得输出电压频率响应影响也降到最低;

十五、射极跟随器的原理

1、 射极跟随器的其他应用设计
射极跟随器简化来说是一个电压型串联负反馈的放大电路，具有高输入电阻，低输出电阻等电性特性，其电压放大倍数接近于1；
在较宽范围内，射极跟随器的输出电压能够跟随输入电压，作线性变化，同时输入与输出信号不会产生异相等特定；

十六、自举设计

C1自举电容
C2 滤波电容
当S1关断后,而C1充电达到VC1≈VCC；
S3开通,S4关断,VC1施加于S1的门极与发射极间；
C1通过S3、R1、S1极间电容Cgs1放电,Cgs1被充电；
此时VC1可等效为一个电压源,
当HIN为低电平时，S4开通，S3断开，Cgs1经 R1、S4迅速释放，S1 关断;
经短暂死区时间后，LIN 为高电平，S2开通，VCC经VD1，S2给C1充电，迅速又为 C1 补充能量,如此循环反复
功率开关管门极特性:开通时需在极短时间内向门极提供足够的栅电荷;

十七、功放EMI整改

1、 扩频让因采样频率导致的EMI干扰频谱比较平均,从而降低EMI;
2、 控制输出管开启/关断时间,进而控制边缘EMI干扰;
3、时钟/系统频率建立电路时间基准,其边缘率形成干扰谐波；
4、开关信号由喇叭线传递至喇叭时,会间接造成电磁波幅射而形成电磁干扰;
5、对于辐射干扰的PCB Layout进行阻隔;
6、LC滤波器的选用,调整输出LC滤波器组合;
7、缩功放喇叭线可以降低天线发射效率,以降低干扰辐射强度;
8、喇叭线相对短的产品,可使用磁珠处理高次谐波作滤波；
9、使用展频将功放高频载波频率随着时间做变更;
A、干扰信号即被分布在某几个频率区而非全部集中在一个频率区;
B、若高频载波频率平均轮换于10个频率则理论上可降10DB;
10、使用跳频方式可有效避免干扰;
将功放高频开关频率跳至另一频率;
此频率不在接收机带通滤波器范围内,即可有效的抑制干扰信号;
因功放音频内容与其载波/开关频率无关,因此这样不会影响音频信号内容;
11、 采用金属外壳屏蔽,衰减谐波辐射干扰能量;



12、 加大MOS栅极电阻,开关的边沿速率对EMI的影响是非常大的,尽管这样会降低开关电路的效率;