【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
SGMICRO放大器选型表
专用运算放大器，高输出电流400mA，低功耗1.1μA；高速运算放大器，500MHz增益带宽，高压摆率265V/μs；高精度运算放大器，失调电压低至5μV，低温漂0.011μV/℃；电流检测放大器，高共模电压105V，高共模抑制比140dB；低噪声运算放大器，低噪音1.6nV/√Hz，低失调电压8.5mV；微功耗运算放大器，最低功耗低至350nA，1\2\4路，轨至轨输入输出；低功耗运算放大器，功耗低至2.5μA，最大工作电压36V
|
产品型号
|
品类
|
CH
|
SHDN
|
Vᴄᴄ(Min)(V)
|
Vᴄᴄ (Max)(V)
|
Vᴏs(mV)
|
Iq/CH(μA、nA、mA)
|
Iʙ(pA)
|
GBP(MHz、kHz)
|
SR(V/ms、V/μs)
|
Eɴᴏɪsᴇ(nV/√Hz、μVᴘᴘ)
|
Package
|
|
SGM8545
|
低功耗运算放大器
|
1
|
N
|
2.1
|
5.5
|
3.5
|
48μA
|
0.5
|
1.1MHz
|
520V/ms
|
27nV/√Hz
|
SOT-23-5
|
选型表 - SGMICRO 立即选型
TDA2030A 18W hi-fi 音频功率放大器
描述- TDA2030A是一款Pentawatt封装的单片集成电路，适用于低频AB类音频功率放大器。它能在±16V或32V电源电压下提供高达18W的输出功率（4Ω负载），具有宽电源电压范围、高输出电流、低谐波和交越失真等特点。同时具备短路保护和热关断功能。
型号- TDA2030A,TDA2030ATB
TDA7050 双通道音频功率放大器
描述- TDA7050是一款双通道音频功率放大器，具有低功耗、大功率、外围元件少等特点，适用于小型收音机等设备。该产品采用SOP8和DIP8封装形式，可在1.6V低压下工作，无需外接元件，静态电流极低，电路增益固定为26dB，支持BTL或立体声应用。
型号- TDA7050F,TDA7050,TDA7050T
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
TDA7388 器音频功率放大器
描述- TDA7388是一款25W四声道音频功率放大器，具备待机和静音功能，适用于汽车音响等电子设备。其主要特点是输出功率大、增益固定、内置保护电路，并采用HZIP-25封装。
型号- TDA7388
TDA2030 14W Hi-Fi 音频功率放大器 产品说明书
描述- TDA2030是一款由上海国芯集成电路设计有限公司生产的14W Hi-Fi音频功率放大器，采用Pentawatt封装。它适用于低频AB类放大器，能在±14V或28V电源电压下输出14W（典型d=0.5%，RL=4Ω）的功率。TDA2030具备高输出电流、低谐波和交越失真的特点，同时具有短路保护和热关断功能。
型号- TDA2030,TDA 2030A,UTC2030
TDA2050 32W高保真音频功率放大器
描述- 该资料介绍了XBLW TDA2050是一款32瓦Hi-Fi音频功率放大器，采用Pentawatt封装。它具有高输出功率（40瓦音乐功率），宽工作电压范围，低失真和高效率等特点。适用于Hi-Fi音响系统和高级电视。
型号- TDA2050,TDA2050A
带关断模式的LM4861 1.1W音频功率放大器
描述- LM4861是一款桥接式音频功率放大器，能够在5V电源下向8Ω负载提供1.1W的连续平均功率，具有1% THD+N。该产品无需输出耦合电容、自举电容或阻尼电路，适用于低功耗便携式系统。它具有外部增益配置能力，低功耗关断模式和内部热关断保护机制。
型号- LM4861,LM4861M/TR,LM4861N,LM4861MM/TR
TDA2030 14W Hi-Fi 音频功率放大器
描述- TDA2030是一款14W Hi-Fi音频功率放大器，采用Pentawatt/TO-220B-5封装，适用于低频AB类放大器。它具有宽电源电压范围，最大达36V，支持单或双电源供电，具备对地短路保护和热关断功能。
型号- TDA2030TB,TDA2030
【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。
TDA2050 32W高保真音频功率放大器
描述- TDA2050是一款高性能的Hi-Fi音频功率放大器，采用Pentawatt封装，适用于音频放大器。它具有高输出功率、低失真、短路保护和热关断功能，适用于HiFi和高品质电视。
型号- TDA2050TB,TDA 2050,TDA2050
【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。
LM4890S 1W单声道音频功率放大器
描述- LM4890S是一款高性能的AB类音频功率放大器，专为移动电话和其他便携式通信设备设计。它具有高输出功率（1W）、低功耗、简单的应用电路和宽工作电压范围等特点。该产品采用SOP-8/MSOP-8封装，适用于多种音频播放需求。
型号- LM4890S
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