【技术大神】音频放大器SGM4895在工业智能语音设备中的应用方案
最近天猫精灵和小AI音响相当火爆，智能语音已经成为物联网智能硬件设备的发展方向，工业设备也是越来越青睐语音的技术升级，从传统声光报警升级为智能语音播报，语音可以更清晰的传达设备状态信息，带来更好的使用体验。
那么，如何在我们设备中加入语音功能呢？
像手机一样加入耳机输出功能？此种方式需要外接有源音响等设备来实现声音的输出。设备系统复杂度变高，故障率相应也会变高，不适用于便携可移动设备。
图1 手机音频输出功能图
需要采用更行之有效的方案——设备内部电路直接输出语音信号。
设备初始方案：
首先尝试了——带有PWM输出的语音芯片直驱扬声器。电路原理图如下：
图2 PWM直接驱动电路原理图
虽然，此方案程序设计和电路设计都较为简单，功耗相对较低，但是却有致命的缺点——驱动能力不足！现场要求声音大小在110分贝以上，而采用PWM输出的语音方案最大只有90分贝左右（在实验室环境下采用声级计，在30cm处测试），最终不得不放弃这种方案。
因此我们考虑将语音芯片的语音数据以模拟信号的形式输出，采用模拟类功率放大器进行模拟信号放大，传统的模拟音频功率放大器有A类、B类和AB类；由于功耗和失真率的原因A类和B类运放已经逐渐被设计人员放弃。因此，只有AB类运放符合我们的现场应用要求。
经过一番查找，试用了一款AB类运放，使用相同的方式测量音量可达115分贝左右，符合音量要求，但是由于应用在工业场所，因此工作温度需要满足-40℃~80℃依然能够正常工作，但是我们的运放效果不太理想，在达到-30℃左右时运放已经停止工作：
图3 初始方案AB类运放-40℃的输出波形图
图中蓝色部分为最终输出，可见，在温度低于-30℃的时候运放已经停止工作。后续，运放的低温性能成为我们查找的重点。
最终优化方案：
通过在世强APP推送的资料了解到， SGMICRO 推出的高保真AB类音频放大器SGM4895。其工作温度符合工业温度范围要求的。
SGM4895的优点：
● 全差分功率放大器
● 可以直接采用电池供电活的更好的PSRR
● THD+N典型值仅1%（仅限SGM4895YDB8）
● 可由外部电路直接调节增益（电阻的配比）
● 支持单端或差分输入（本文中即采用单端输入，差分输入仅需要将IN2的耦合电容输入端接音频信号）
● 输入电压范围宽：2.5V~5.5V
● 工作静态电流典型值：4.75mA
● 低关断电流，典型值0.01uA（可以采用MCU 的IO口控制shutdown实现 ）
● 集成热过载保护电路
● 无需输出耦合电容或自举电容（电路设计简单）
● 工作温度范围-40℃~85℃
● 提供TQFN-3×3-L型和MSOP-8型环保封装
采用相同的方法在-40℃环境下测试声音可以达到115分贝以上，满足设备需求。
图4 声级计测试SGM4895输出的扬声器分贝值
下面是我们的设备语音功能部分的电路原理图、示波器观察到的语音芯片输出的信号和喇叭端的信号波形图：
图5 语音芯片和SGM4895的电路原理图
图6 语音芯片输出（黄色）和喇叭（蓝色）示波器信号
方案设计心得体会：
值得注意的是，蓝色的信号才是最终喇叭输出的信号，这是因为在带有喇叭的情况下进行测试，实际的声音更饱满柔和。音量的大小可以通过图中R4/R5进行调节，阻值越大声音越大，但是要注意功率不要超过放大器的额定功率（8Ω/1.3W）。另外我们的设备采用的是单端输入的方式，这个取决于语音芯片单端输出，如果需要采用差分输入的电路如下：
图7 差分输入的电路原理图
另外，如果采用电池供电或者受电源功率限制时需要注意，建议将功率放大器的电源和MCU、语音芯片、以及其他芯片的电源分开，最好单独供电，避免喇叭发声时，功耗的骤然提升干扰到其他电路的工作。
除了电路方面的设计，还有很重要的一个方面，那就是音腔的设计。音腔设计的关键点是前腔和后腔以及前腔出音空的设计：
●前腔设计要尽量小，从而形成高频共振，使声音比较干净，前腔高度应在1.5~3.5mm之间；
●后腔设计应该尽量大，且密封，保证不会从后部漏音；
●前腔出音空的设计要控制好面积，太小声音小，太大噪音过多，一般在5%~15%左右，且尽量开在侧边，避免高频噪声产生，出音孔圆孔径、方孔孔距尽量不要小于1mm。
根据这些设计原则，我们采用3D打印的方式经过多次实验验证，圆柱形的音腔和圆柱形的直径1.5mm出音孔效果最好。最终，在30cm距离处使用分贝计测量高达120分贝，满足工业用声级范围。
另外SGM4895可以在以下领域广泛应用：
● 便携系统
● 无线手持设备
● 移动电话
● 掌上电脑
● 手持终端
● GPS
技术顾问：采蘑菇的小红帽
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 0
本网站所有内容禁止转载，否则追究法律责任！
相关推荐
九芯电子提供系列语音芯片助推车载电子狗发展，降低行车违规几率
电子狗安装在汽车仪表盘上，挡风玻璃之下，电子狗当前主要用于测量 ，当发现前方有雷达侦测装置，快速发现并预先报警。报告前方有休息站、前方有加油站等信息，提醒不要疲劳驾驶，显示当前时钟、当前车辆速度。九芯电子提供一系列适合车载电子狗使用的语音芯片，满足车载电子类产品语音导航需求。
九芯电子语音芯片具有性能稳定，音质高，控制方便等特点，助力分类垃圾桶语音设计
在垃圾分类桶上加入语音功能， 宣传垃圾分类绿色理念，让垃圾分类深入人心。语音长度短可以选用OTP语音芯片，是目前市面音质好的8脚语音芯片，它具有成本低，性能稳定，音质高，控制方便，电路简单等诸多显著优点。语音内容比较长的，可以选用N9100、N9200等MP3语音芯片，可以通过简单的UART串口指令或一线串口指令即可完成播放指定的音乐，以及如何播放音乐等功能，无需繁琐的底层操作。
九芯电子NVC系列语音芯片，音频采样率可达44.1kHz，适用于无线呼叫系统，提高服务人员工作效率
九芯电子研制的NVC系列语音芯片，是一款工业级OTP语音芯片，外围电路简易，是以8脚小体积sop8语音芯片，语音清晰，外围电路简易，可直推0.5W喇叭，也可支持外接功放，音频采样率高可达44.1kHz，8级音量控制，两种音频输出方法：PWM输出和DAC输出，可应用于无线呼叫器中。
【选型】如何为模拟电流采样选择一款合适的运算放大器？
圣邦微SGM8556运算放大器其噪声密度仅21nV/√Hz，而电压噪声为0.6μVP-P，PSRR的典型值为96dB，过载恢复时间为40us，封装包括SOIC-8、MSOP-8。
SGMicro（圣邦微） SGM721/722/723/724运算放大器 数据手册
描述- 该资料介绍了SGM721/2/3/4系列低噪声、低压、低功耗运算放大器。这些器件具有11MHz的高增益带宽积和8.5V/μs的快速转换速率，适用于各种应用。它们提供轨到轨输出摆幅，输入共模电压范围包括地，最大输入偏移电压为4mV。这些器件在扩展工业温度范围内（-40℃至+125℃）指定，工作电源范围为2.1V至5.5V。
型号- SGM721XN5/TR,SGM723XS/TR,SGM723XS,SGM722XS,SGM721XS,SGM722XTS8,SGM724XS14,SGM724,SGM721XC5/TR,SGM722,SGM723,SGM724XS14/TR,SGM721,SGM723XN6/TR,SGM722XTS8G/TR,SGM722XS/TR,SGM722XMS,SGM724XTS14,SGM721XS/TR,SGM722XMS/TR,SGM724XTS14/TR
内置Flash的语音芯片，最多支持800s时长，芯片有什么特点？
NV512H语音芯片是一款高音质、抗干扰、低功耗的单芯片方案。它内置了Flash存储器，不仅能够稳定地存储长达800秒的语音内容，还具备一系列显著的特点，使其在众多语音芯片中脱颖而出。
SGMicro（圣邦微） SGM8262-2专用运算放大器数据手册
描述- 该资料介绍了SGM8262-2是一款高速、超低噪声、轨到轨输出的高电流运算放大器。它具有高开环增益、宽电源电压范围、高线性输出电流等特点，适用于音频应用、通用AC应用等领域。
型号- SGM8262-2YTDD8G/TR,SGM8262-2YS8G/TR,SGM82622DD,SGM8262-2,SGM82622YS8
SGM8931/SGM8932/SGM8933/SGM8934 运算放大器数据手册
描述- 该资料介绍了SGM8931系列运算放大器，包括单通道、双通道、带关断的单通道和四通道版本。这些器件针对5V操作优化，具有宽输入共模电压范围和输出摆幅，最低工作电压降至1.8V。它们提供低噪声、低失真和低偏移，适用于高质量、低压或电池供电系统。
型号- SGM8931YS8G/TR,SGM8933YMS8G/TR,SGM8932YMS8,SGM8932YS8G/TR,SGM8931YMS8G/TR,SGM8933YN6G/TR,SGM8932YS8,SGM8933YS8,SGM8931YS8,SGM8931BYN5G/TR,SGM8933YMS8,SGM8931YC5G/TR,SGM8932YMS8G/TR,SGM8931AYN5G/TR,SGM8931YMS8,SGM8934YS14,SGM8934YS14G/TR,SGM8933YS8G/TR,SGM8931,SGM8934YTS14G/TR,SGM8932,SGM8933,SGM8934,SGM8934YTS14
N910x系列语音芯片自带128M内存，可外挂SPI-flash，提供不需连接电子设备的音乐耳机方案
N910x系列语音芯片是一款音质优美，物美价廉的优质的工业级语音芯片，并且可以外挂SPI-flash，大存储空间达到128M，适合各种轻音乐、音乐的存储。适用于带音乐的耳机，把音乐放到耳机里面，不用插其他的电子产品，随时随地播放音乐。
LM2903 比较器
描述- LM2903是一款由华旋阳电子公司生产的双通道电压比较器，具有低失调电压、低输入偏置电流和宽电源电压范围等特点。该产品适用于消费类和工业类电子产品。
型号- 2903,LM2903
SGMicro（圣邦微）SGM8049-1/SGM8049-2/SGM8049-4运算放大器数据手册
描述- 该资料介绍了SGM8049系列低功耗、低压运算放大器，包括SGM8049-1、SGM8049-2和SGM8049-4。这些器件适用于电池供电的应用，具有低噪声、宽电源电压范围、低静态电流等特点，并支持单电源操作。
型号- SGM8049-1BXC5G,SGM 80492XS8 XXXXX,SGM8049-1XN5G/TR,SGM8049-1XTDI6G/TR,SGM8049-2XS8G/TR,SGM8049-4,SGM80494 XTS14 XXXXX,SGM8049-1AXC5G,SGM8049-4XTS14G/TR,SGM8049-2,SGM8049-1,SGM8049-2XN8G/TR,SGM8049-1XN5G,SGM8049-1AXC5G/TR,SGM8049-1BXC5G/TR
SGMicro（圣邦微） SGM8291/SGM8292/SGM8294 高压轨对轨输出运算放大器数据手册
描述- 该资料介绍了SGM8291系列高压轨到轨运算放大器。这些器件适用于宽输入共模电压范围和输出电压摆幅，可在±2.25V至±18V双电源或+4.5V至+36V单电源下工作。它们具有高转换速率、低输入偏置电流和失调电流、低失调电压和低失调电压温度系数等特点。
型号- SGM8291YMS8G/TR,SGM8292YMS8G/TR,SGM8292YMS8,SGM8291BYN5G/TR,SGM8292,SGM8294YTS14G/TR,SGM8294,SGM8291,SGM8294YTS14,SGM8294YS14G/TR,SGM8291AYN5G/TR,SGM8292XS8G/TR,SGM8294YS14,SGM8291YMS8,SGM8291YS8,SGM8292YS8,SGM8292XS8,SGM8291YS8G/TR,SGM8292YS8G/TR
SGMicro（圣邦微） SGM5532双路低噪声运算放大器数据手册
描述- SGM5532是一款高性能运算放大器，结合了优异的直流和交流电压特性。它具有非常低的噪声、高输出驱动能力、高共模抑制比、低失真、高转换速率、输入保护二极管和输出短路保护等特点。该器件适用于多种电子设备。
型号- SGM5532YS8,SGM5532YS8G/TR,SGM5532
SGMicro（圣邦微） SGM8621/8622/8623/8624运算放大器数据手册
描述- 该资料介绍了SGM8621/2/3/4系列低噪声、低压、低功耗运算放大器。这些器件具有高增益带宽积（3MHz）和高转换速率（1.7V/μs），适用于多种应用。它们提供轨到轨输入和输出，最大输入偏移电压为3mV，供电电压范围为2V至5.5V。
型号- SGM8621XN5/TR,SGM8622XS/TR,SGM8622XMS,SGM8623XS/TR,SGM8624XS14/TR,SGM8624XTS14,SGM8624XTS14/TR,SGM8622XMS/TR,SGM8621XC5/TR,SGM8623XS,SGM8622XS,SGM8621,SGM8621XS,SGM8622,SGM8624XS14,SGM8621XS/TR,SGM8623XN6/TR,SGM8623,SGM8624
SGMicro（圣邦微） SGM4895 数据手册
描述- 该资料介绍了SGM4895是一款专为便携式通信设备和手机等高需求应用设计的全差分音频功率放大器。它能够在8欧姆负载下从5伏电池电压提供1.3瓦连续平均功率，具有低功耗关断模式和内部热关断保护机制。
型号- SGM4895YPMS8/TR,SGM4895YPMS8,SGM4895DB,SGM4895,SGM4895YDB8/TR
电子商城
现货市场
服务
提供语音芯片、MP3芯片、录音芯片、音频蓝牙芯片等IC定制，语音时长：40秒~3小时（外挂flash），可以外挂TF卡或U盘扩容。
最小起订量： 1pcs 提交需求>
Ignion可支持多协议、宽频段的物联网天线方案设计，协议：Wi-Fi、Bluetooth、UWB、Lora、Zigbee、2G、3G、4G、5G、CBRS、GNSS、GSM、LTE-M、NB-IoT等，频段范围：400MHz~10600MHz。
最小起订量： 2500 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
我要提问
登录 | 立即注册
提交评论