【成功案例】基于国产音频功率放大器的音频电路及其采样电路的设计和优化方案
在医疗行业中，法规明确规定了医疗设备报警系统的安全可靠性，报警系统发出声音后必须回采，来判断喇叭是否正常，以确保设备出现故障后，操作人员能及时处理。笔者做过一款输液产品的研发，现将音频电路及其采样电路的设计经验分享给大家一下。
设计采用的喇叭驱动芯片是SGMICRO公司推出的一款全差分单声道音频功率放大器——SGM4995，专为便携设备和移动电话中各种严苛的应用而设计，具有以下特点：
1)工作电压范围2.5V~5.5V
2)RL=8Ω、VCC=5V、THD+N典型值1%，PO典型值为1.3W
3)工作静态电流典型值：4.75mA（VCC=5.0V，VIN=0，RL=8Ω）
4)低关断电流，典型值0.02uA
5)可由外部调节增益
6)支持单端或差分输入
7)集成先进的噼啪声抑制电路
8)集成热过载保护电路
9)无需输出耦合电容或自举电容
10)工作温度范围-40℃~85℃
11)提供TDFN-2×2-8L型环保封装
最初版基于SGM4995音频电路参考数据手册单端输入应用而设计，如图1所示，在实际原理图中，CI为1uF，RF/RI=20，表示20倍放大，/SHDN串联电阻和Bypass电容按参考值设计。Audio input是未经放大的喇叭信号，由CPU的DA引脚输出。
图1 喇叭驱动电路
音频采样电路如图2所示，MIC为麦克风，IC1为LM358通道1。电路原理是LM358通道1起放大作用，因为CPU只能输入直流信号，所以R3和R4为输入信号增加一个直流偏置，LM358通道2再做一个电压跟随，起到缓冲、隔离的作用。
图2 麦克风采样电路
但测试发现，控制喇叭的音频信号上下幅值不相等，如图3所示。麦克风采样信号（即LM358输出信号）也有所失真，如图4所示，中间那段波形失真很严重，出现了很多毛刺，导致系统没法识别哪种报警音。
图3 喇叭接口波形
图4 LM358输出波形
经分析，音频信号的上下幅值不一致，主要是由于“隔直通交”电容CI过大导致的，经反复测试，将CI换成0.1uF的电容最合适，测试波形如图5所示。
图5 音频电路优化后的波形
而关于“麦克风采样电路失真”的问题，笔者提交给了世强公司技术专家，他们专业的分析让我受益匪浅，给了以下几点意见：
1.LM358第一级用了100倍增益，而其带宽增益积只有700kHz，这样意味着电路带宽只有7kHz，而且是在7kHz就有信号衰减了的，LM358本身在高频情况下输出范围也是严重压缩的，所以这里选用LM358不太合适；
2.可以优化下放大电路的交流增益、直流增益及带宽，一个原则，尽量让放大电路的增益在Mic的拾音频率范围内，这样可以保证音频频率范围内的交流信号被放大，直流及带外噪声没有被放大；
3.建议笔者将LM358更换为低噪声、高带宽增益运放——SGM722。
SGM722是SGMICRO推出的低噪声、低功耗、低电压运算放大器。增益带宽积高达11MHz，噪声低至8.5nV/√Hz（@10kHz），支持轨到轨输入输出。其引脚和LM358完全兼容，用SGM722替代LM358，不用修改layout，能省去再次投板的费用。世强公司免费提供了这款样品供笔者测试，测试过程中，笔者对麦克风采样电路又进行了以下优化：
1.将运放供电电压换成3.3V供电，因为5V电压是由DC/DC产生，而3.3V是由LDO产生，3.3V比5V线性度好，纹波更小。
2.由于SGM722是轨到轨输入输出运放，笔者增大了运放第一级放大倍数。
优化后的测试结果，如图6所示。对比图4和图6可知：频率上基本上没有失真。幅值不一致，可能是由于采样电路级间电容所致，但电压问题基本上不影响采样结果，优化结果符合设计要求。
图6 SGM722输出波形
另外技术专家给了笔者一个mic放大参考电路，如图7所示，如果按此电路去设计，以上问题就可以完全解决。由于上述优化方案已经可以满足设计需求，如果参考图7方案设计牵涉到改版，增加了一定的成本，所以没有做进一步验证，有兴趣的伙伴可以尝试一下。
图7麦克风采集参考电路
技术顾问：风九
世强元件电商版权所有，转载请注明来源及链接。
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 78
本网站所有内容禁止转载，否则追究法律责任！
评论
全部评论（78）
-
![]()
jishizhong Lv9 2019-05-22学习了 -
![]()
![]()
duanmaxie Lv8. 研究员 2019-05-12学习 -
![]()
![]()
kaka520amy Lv8. 研究员 2019-02-26学习了，不错的资料 -
![]()
![]()
累了 Lv7. 资深专家 2019-02-09学习了 -
![]()
![]()
周鑫 Lv8. 研究员 2019-02-03学习学习 -
![]()
小m Lv5 2019-01-24学习了 -
![]()
![]()
lcch81 Lv7. 资深专家 2019-01-11很好 -
![]()
![]()
NASA911 Lv8. 研究员 2019-01-03学习了 -
![]()
![]()
duanmaxie Lv8. 研究员 2018-12-24不错 -
![]()
![]()
好运常伴吾 Lv8. 研究员 2018-12-24学习了
正在努力加载……相关推荐
华冠半导体（HGSEMi）半导体器件选型指南
目录- 公司简介 MOS管/比较器/存储器电路/达林顿阵列 电源管理电路 低压差稳压器 线性稳压/通用接口电路 驱动/音频电路 运算放大器/时基与时钟/逻辑电路&其他电路 微处理器 运放 接口 半导体器件概览
型号- HG9923,DS1302,TEA2025,DS1307,CD4069,XC61C-XX,CD4075,CD4073,TL494,NE556,NE555,CD4078,CD4077,75N08,HGC5615,24C128,CD4071,CD4070,KA7500,HG9261XX,FCF8563,LM3480,74HC4067,LM311,LM432,LM431,LM555,LM317,74HC32,74HC595,CD4068,CD4067,CD4066,74HC238,HG51031,CD4060,24C256,HG1201-XX,HG9921,MAX6576,HG9922,LM4580,74HC00,74HC03,HG202,74HC02,MAX3085,74HC04,HG3480,74HC07,HGV8144,HGV8142,CD4094,LM386-1,HGV8141,LM1084,LM1085,HG29100-XX,LM1086,HGC29300-XX,CD4093,74HC4046,LM1081,HG9910,LM1083,HG335,74HC14,LM79XX,HG24C08B,HG18B20,74HC573,74HC574,HGC5620,74HC4053,74HC08,HGC29150-XX,74HC4051,74HC4052,HGV8091N,CD4081,LM385-2.5,LP2954,ZNBG4000,LP2951,LMV321,LP2950,ICL8038,HG8F629,74C194,HG8F628,NE594,HGC2543,MAX7219,HG75176,HGC2549,HG2003,HGV8092N,LM29150,HG2004,LM4250,HG13085,HG3232,HG235,LM78XX,HG232,HG1051,LM358,HG1052,HGV8558,HGV8555,HGV8556,HGV8554,LM2937-XX,HGV8551,HGV8552,CA3140,HG8F630,HG8F873,AD590,74HC273,HG2593,LM1117-XX,LM321,HG485,HG2591,LP3965-XX,LM324,HG2592,LM567,13N50,LM317M,LM317L,74HC123,74HC244,74HC245,74HC125,HG8F887,HG8F883,LM317T,LM7660,LM331,HG135,HG0066,HG0065,HGC1589,LM336,HGV8965N,LM339,HGV8334,HGV8331,HGV8332,74HC132,74HC374,74HC138,74HC139,DS1990,74HC373,LM386,CD40106,LP2997,LP3965,LP2996,LP2995,XC62FP-XX,LM78L05,LM78L06,MC3845,LM78L08,LM78L09,LMV358,MC3842,MC3844,9N90,MC3843,TDA2822,LM385,HG6008,HG24C02B,HGV2774,HGV2771,HG5171,HGV2772,TDA8138,LM78M12,TDA8137,LM78M15,HGC5213-XX,74HC192,74HC193,74HC194,LM393,HG3085,ZNBG3211,HG24C256,MAX487,74HC86,MAX489,74HC165,LM78M05,HG1582-XX,MAX488,LM78M06,TL072,LM2940-XX,HGV258,LM78M08,LM78M09,TL074,50N06,28N60,74HC164,HGC1549,ULN2803,ULN2804,HG298,HG297,HG24C128,HGC1543,MAX232,TL082,HGV8094,HGV8092,TL084,HG1203-XX,HGV8091,HG293,LMC555,HG54123,LM2904,HG6570,LM2901,HGV8048,LM2902,HGV8045,LM2903,HGV8046,HGV8044,HGV358,HGV8041,HGV8042,85N06,HG3078,MAX490,HG3075,MAX491,HG3072,74HC74,HGV224,TL064,TL062,HGV221,MIC5212,HG1108-XX,HGV8064,HGV8061,HGV8062,HG24C04B,HG24C16B,DS75176,50N50,HGV8054,HGV324,HGV321,LM8002,XC62GR-XX,HG24C32,HGC29500-XX,HGV8928,TEA2822,HG75HVD3082E,HG7189,LM3916,LM78LXX,IRF830,LM3915,HG93C56,LM3914,TL064C,HGC8F630,MXA485,HG2981,HG2980,LM2954,HG93C46,LM285-2.5,HGC52XX,HG34C86,HG34C87,HGC8F629,MAX13805,MC34119,MC34118,LM2576-XX,IRF730,HG8137,CD4528,HG7169,70N06,LM78MXX,CD4520,TLC2543,HG8138A,HG1734,HG1735,20N60,HG1185-XX,HG1851,IRF840,CD4518,HG1990,CD4517,HG1991,LM285-1.2,HG7179,LM1881,24C64,CD4511,LM2931-XX,HGL297,HGL298,HG93C66,HG1509,KA7500B,LF347,LM29302,HG1501,HGC8F887,HG1621,HG75LBC184,HG75LBC182,CD4543,TL072C,TL084C,HG2803,HGL293,LF398,HG75LBC176,IRF740,3N80,CD4538,CD4541,XC62GP-XX,24C32,HG1205-XX,20N50,MAX1487,4N60,MC1403,24C08,MAX202,TL074C,TL062C,TLC5615,HG1937,LM2575-XX,HG1932,24C02,24C01,24C04,HG7012,CD1046,LM78L12,LM78L15,CD4562,HG809,LM29502,24C16,HG2571,HG2572,HG2573,HG3421,HG3420,11N90,12N60,ICL7660,93C06,HGC5219,LM2596-XX,CD1068,HGV8725N,TDA2030,75N75,HG8F676,HG8F675,LM4860,HG3423,HG1487,HG3422,HGV8061N,LM3414,HG1583,LM1117,LM4862,LM4861,HG1580,LM4863,TL082C,CD4007,LM385-1.2,HG1208-XX,TDA2003,CD4013,CD4011,HGV8062N,LM4990,LM4871,HG8F683,HG8F684,ULN2003,ULN2004,LM2574,LM2575,HGV8538,LM2576,HGV8535,HGV8536,HGV8534,HGV8531,MC34063,HGV8532,LM7905,LM809,CD4001,HG3526,HG3525,24C512,HG3524,LM35,LM7915,LM741,LM7912,HGV8968,HGV8726,HGC8F683,HGV8966,HGV8725,CD4028,HG24C512,CD4027,HGV8965,CD4025,OP07,10N80,74HC540,74HC541,ICL7106,PCF8563,ICL7107,HG4824,HGV8052N,LM4890,HGC8F676,HGC8F675,LM7805,LM7924,TD62083A,LM2596,CD4017,LM79LXX,CD4015,LM7809,LM7808,LM7806,CD4020,HGV2771N,CD4024,CD4023,CD4022,HG26C31,HG26C32,10N60,LM56,LM7815,HG56,ZNBG6000,LM7812,TD62084A,HG70XX,74HCU04,NE5532,CD4049,CD4053,CD4052,CD4051,93C66,CD4050,HG2982,HG2985,UC3845,LM4558,HG24C64,74LVC1G04,UC3842,UC3843,UC3844,LM79MXX,7N60,TLC1543,93C56,CD4040,CD4046,74HC533,74HC534,LM4560,HGC8F684
扬州国芯（Gcore）电源管理IC/运放/比较器/逻辑电路/音频电路/触摸IC选型指南
目录- AC-DC转换开关电源产品系列 DC-DC转换器产品系列 线性稳压器产品系列 音频功率放大器IC系列（AB类） 运算放大器/比较器 时基电路 电话机电路 触摸芯片 专用电路 2018新品
型号- DS1302,LM386,XL1410,GC4054,GC4056,L4960,LM3915,LM3914,GC386,LMV358,NE556,NE555,GC2273,LV358,LM358S,KA7500,LM311,LTC4056,L293,L298,GC4560,TDA2030,FT232BL,LTC4054,GC2269,KA2284,GC2263,MX618,GC13700,U211B,LM78MXX,TL072,TDA2003,TDA2005,LM1084,LM1085,KA3843,KA3842,OB25XX,GC78MXX,GC6283,GC6282,LM258,GC9034,GC1302,GC4536,TL082,GC4538,TL084,GC1025A,GC8054,GC2907,LMV321,GC8128L,LM2907,GC4532,GC4535,HT4560,LM34119,KA2411,SC4001,LM358,GC4001,GC34119,L298N,OB2535,GC1410,OB2536,OB2538,GC2068,CD6283,SGM8054,TL062,CA3140,GC232BL,CD6282,OB2532,LM13700,LV321,LM324,GC518,APA2068,OB2263,SG3526,SG3524,SG3525,OB2269,MOS555,TS08,LM331,TS04,OP07C,OB2273,7555,TS01,74HC922,74HC923,AM1025,GC2284,MC34018
SGMicro（圣邦微）SGM4890系列音频功率放大器官方数据手册
描述- SGM4890（SGM4890YMS/TR）SGM4890 1.1W Audio Power Amplifier.
型号- SGM4890,SGM4890YMS,SGM4890YMS/TR
【IC】TDA2050音频功率放大器以其杰出的性能和高保真音质在家庭影院、电视机等音频设备领域广受欢迎
TDA2050单声道音频功率放大集成电路，专为HiFi音响和精英电视设计。高功率能力和极低的谐波失真（THD）使其成为音频爱好者和设计师优选之一。无论是为4欧姆还是8欧姆负载，TDA2050都能提供杰出的功率输出。
产品 发布时间 : 2024-05-08
【应用】音频功率放大器SGM4863应用于智能楼宇门口机，THD+N低至0.03%、信噪比达-99dB
本文主要介绍在智能楼宇门口机中使用圣邦微音频功率放大器SGM4863来驱动两个8Ω/1W的喇叭，单路运放在喇叭阻抗为8Ω时的输出功率达到1.3W；-99dB高信噪比，低失真度（芯片在5V电源供电下带载8Ω/1W情况下的THD+N参数典型值为0.03%），提升了声音的音质，芯片内部集成了中点电位产生电路和爆音消除电路有效的减少了外部的pcb空间占位，也减少了成本。
应用方案 发布时间 : 2020-04-30
【应用】AB类音频功率放大器SGM4871，5V下失真度仅为10%，适用于音频设备的功率放大设计
圣邦微的AB类音频功率放大器SGM4871，能够为4Ω负载提供2.4W的连续平均功率，在5V电池电压下的失真度仅为10%，适用于音频设备的功率放大设计
应用方案 发布时间 : 2019-01-19
【产品】采用SOP8封装的音频功率放大器FM8002A适用于便携电子产品，增益带宽积高达2.5MHz
富满电子推出的FM8002A是适用于便携电子产品的音频功率放大器。5V电压时，最大驱动功率为1.5W（8Ω负载）和2.0W（4Ω负载）。FM8002A的应用电路简单，只需要极少数外围器件。FM8002A输出不需要外接耦合电容或上举电容，采用SOP8封装。
产品 发布时间 : 2022-03-31
【产品】功耗仅为1.1W完全集成的音频功率放大器SGM4890，小型便携式音频设备的理想选择
SGM4890是SGMICRO公司推出的一款完全集成的音频功率放大器，功耗仅为1.1W，非常适用于笔记本电脑，掌上电脑和其他小型便携式音频设备。
新产品 发布时间 : 2018-04-26
电子商城
现货市场
服务
根据用户的蓝牙模块，使用Bluetooth 蓝牙测试装置MT8852B，测试蓝牙1.0至5.1，包括传输速率、功率、频率、调制和接收机灵敏度，生成测试报告。支持到场/视频直播测试，资深专家全程指导。
实验室地址： 深圳 提交需求>
可定制波导隔离器频率覆盖5.5GHz~110GHz，插损损低至0.25dB、隔离度、正向方向功率、封装尺寸参数。
最小起订量： 1pcs 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