基於D類功放電路的智能揚聲器電路設計
發布時間:2021-04-13 責任編輯:wenwei
【導讀】近年來,智能家居技術一直在迅速發展。越來越多的家庭采用 Amazon Echo 和 Google Home 等智能揚聲器。一yi度du隻zhi生sheng產chan簡jian單dan家jia用yong設she備bei的de公gong司si,現xian正zheng麵mian臨lin著zhe高gao保bao真zhen音yin頻pin輸shu出chu的de需xu求qiu。這zhe種zhong音yin頻pin輸shu出chu遠yuan遠yuan不bu止zhi於yu普pu通tong的de嗶bi嗶bi聲sheng或huo是shi通tong知zhi衣yi服fu已yi經jing清qing洗xi完wan畢bi的de音yin樂le聲sheng;此音頻技術能使電冰箱大聲報讀食品清單,或讓照明開關提醒人們在離開房間之前關燈。
zengtianxianjindeyinpingongnengshilingrenqiebudejianjugongzuo,huishibenyijinzhangdegongchengshejituanduideshijianbiaobiandefuzafenluan。zaibenpianbowenzhong,wojiangtantaoyuzhinengjiajuyinpinshejixiangguandesidatiaozhanheruhejianhuashejiguochengdefangfa。
1.難以定義項目要求。
您要從事的項目聽上去很簡單:讓rang這zhe件jian設she備bei講jiang話hua。但dan伴ban隨sui音yin頻pin輸shu出chu的de是shi許xu多duo設she計ji選xuan擇ze和he挑tiao戰zhan,從cong一yi眼yan看kan過guo去qu都dou非fei常chang近jin似si的de海hai量liang選xuan擇ze中zhong挑tiao選xuan出chu適shi合he的de放fang大da器qi,不bu是shi一yi件jian容rong易yi的de事shi情qing。
為了簡化選擇放大器的過程,TI 的交互式框圖針對特定智能家居應用提供組件方麵的建議。例如,圖 1 顯xian示shi的de智zhi能neng揚yang聲sheng器qi框kuang圖tu,重zhong點dian介jie紹shao了le功gong能neng能neng夠gou滿man足zu多duo種zhong智zhi能neng家jia居ju設she計ji要yao求qiu的de音yin頻pin子zi係xi統tong和he大da量liang揚yang聲sheng器qi放fang大da器qi。同tong一yi頁ye上shang的de音yin頻pin參can考kao設she計ji附fu帶dai可ke用yong作zuo項xiang目mu模mo板ban的de原yuan理li圖tu和he配pei套tao部bu分fen,既ji增zeng加jia了le係xi統tong級ji知zhi識shi,又you降jiang低di了le組zu件jian選xuan擇ze的de難nan度du。

TI 框(kuang)圖(tu)是(shi)開(kai)始(shi)設(she)計(ji)的(de)很(hen)棒(bang)的(de)第(di)一(yi)步(bu),但(dan)是(shi)揚(yang)聲(sheng)器(qi)放(fang)大(da)器(qi)的(de)選(xuan)擇(ze)最(zui)終(zhong)將(jiang)取(qu)決(jue)於(yu)您(nin)的(de)項(xiang)目(mu)要(yao)求(qiu)。最(zui)常(chang)見(jian)的(de)智(zhi)能(neng)家(jia)居(ju)產(chan)品(pin)要(yao)求(qiu)中(zhong)的(de)兩(liang)個(ge),是(shi)高(gao)效(xiao)率(lv)和(he)簡(jian)潔(jie)而(er)重(zhong)點(dian)明(ming)晰(xi)的(de)設(she)備(bei)概(gai)要(yao)文(wen)件(jian)。
2.音頻輸出和先進功能會降低能源效率。
weizhinengjiajushebeitianjiaewaigongnenghuizengjiagonghao,yinpingongnengyehuidaozhizheyangdejieguo。suizhekejigongsibuduannulikaifalvsehuanbaojishuhezhengfubanbuyouguanbeiyongdianyuandefagui,youhuaxiayidaichanpinshiqigonghaobuduanxiajiangjiubianderiyizhongyaole。dixiaolvdeyinpinxitongshilangfeigonglvhejiangdiyonghumanyidudezhuyaoyuanxiongzhiyi,tazengjiadianfeikaizhi,hainenggengkuaisudixiaohaodianchidianneng,shenzhishishebeifare。
音頻放大器不總是起到上述作用,但是在用戶需要反饋或通知時,它們則必須響應;想一想閑置模式下的安防攝像機或智能顯示屏,就會明白其中的道理。另一方麵,在開泳池派對時,藍牙® 揚聲器需要高效播放夏日樂單,這樣它的電池才能維持一整天。
為解決以智能家居為核心的應用問題,TI 最新的揚聲器放大器擁有了先進的內置功耗管理功能。這一專有的混合調製方案可將 >12-V 係統中的待機電流損耗降至最低,同時采用音頻信號包絡跟蹤算法的板載 H 類升壓設置,能夠將電池供電係統的電池續航時間延長多達 40%。圖 2 說明了受算法控製的多步升壓,尤其是在播放音頻且增益較低的情況下,是如何顯著節約固定式 12V 電源軌的功耗的。

3.物理條件局限限製了音頻性能。
電子設備已經縮水為極簡潔的設計。家用設備小巧的外形從未給音頻功能留有餘地,這使得添加額外組件,比如放大器、數字信號處理器(DSP)、升壓轉換器和揚聲器,而又不增大總體尺寸成為一件困難的事情。
TI 的音頻團隊充分考慮了這些局限,把主要精力放在製作集成更多功能的放大器上,以便減少外部組件並優化音頻子係統占用的空間。
智能家居生態係統的核心是智能揚聲器,它的高品質音樂和虛擬輔助反饋對於博取高用戶滿意度至關重要。增添音頻 DSP 來產生高品質輸出,亦同時增加了成本和印刷電路板(PCB)體積。TI 提ti供gong集ji成cheng了le處chu理li能neng力li的de音yin頻pin放fang大da器qi,於yu是shi用yong戶hu可ke以yi調tiao節jie揚yang聲sheng器qi輸shu出chu最zui清qing晰xi的de虛xu擬ni輔fu助zhu響xiang應ying和he最zui豐feng富fu的de音yin樂le體ti驗yan。外wai部bu回hui聲sheng消xiao除chu算suan法fa甚shen至zhi能neng夠gou利li用yong預yu處chu理li後hou的de信xin號hao,幫bang助zhu智zhi能neng揚yang聲sheng器qi更geng準zhun確que地di區qu分fen音yin頻pin輸shu出chu和he用yong戶hu語yu音yin命ming令ling。
D 類揚聲器放大器的高開關頻率,導致電磁幹擾(EMI),使音頻信號失真。這通常需要由多個大型電感器進行抑製。但是諸如擴展頻譜和相位優化等功能不需要外部電感器就能抑製 EMI,既節省空間和成本,又能產生超低失真的音頻輸出。
一般來說,揚聲器輸出功率與其尺寸緊密相關;ruguoninxiangyaogengdadeyinliang,jiuxuyaogengdadehuannengqi,danzaishejikongjianjucudechanpinshikenengwufashiyonghuannengqi。keshimenlingxuyaogaoshengheqingxidishuchujiatingzhurenshuodehua,jishizaicaozahuanjingzhongyebixuzuodaozheyidian,tongshihaiyaobaochixiaoqiaoxianbodewaixing。shihezhexieshejidezhinengyangshengqi,shuchudegonglvyejiaodi,yincigengyiyuyinguorehechaowenersunhuai。danyouyuyoule TI 揚聲器保護算法,較小的揚聲器也能安全輸出較高音量,達致前所未有的優越音質。
如圖 3 所示,采用揚聲器保護算法的 TI zhinengfangdaqi,shigongchengshinenggouchongfenliyongyangshengqigongnengheshuchugenggaodepingjungonglv,eryoubuhuibahuannengqijichengcongshejizhongnadiao。zaizhinengjiajuzhong,yinliangdeshichanghebianhuayiweizhefangkezuozaicheli,jishipangbianyouqichefeichierguo,yenengqingsongtingdaozhurendeshengyin。

小xiao外wai形xing裝zhuang置zhi散san熱re不bu佳jia,也ye給gei不bu斷duan縮suo小xiao的de智zhi能neng家jia居ju產chan品pin帶dai來lai了le問wen題ti。熱re量liang可ke以yi損sun害hai內nei部bu組zu件jian,形xing成cheng不bu良liang的de用yong戶hu體ti驗yan,或huo者zhe如ru果guo未wei能neng正zheng確que處chu置zhi會hui引yin起qi裝zhuang置zhi起qi火huo。設she計ji時shi牢lao記ji散san熱re,就jiu表biao示shi考kao慮lv PCB 布bu局ju和he銅tong線xian厚hou度du,或huo部bu署shu如ru溫wen度du折zhe返fan等deng功gong能neng使shi揚yang聲sheng器qi放fang大da器qi減jian少shao散san熱re,方fang法fa是shi在zai過guo熱re情qing況kuang下xia,動dong態tai調tiao節jie音yin頻pin信xin號hao的de增zeng益yi。在zai設she計ji安an全quan可ke靠kao產chan品pin的de初chu始shi階jie段duan,就jiu必bi須xu牢lao記ji熱re量liang管guan理li。
4.運用先進的音頻放大器技術/功能,要求深厚的專業技能,並且實施起來有難度。
先xian進jin功gong能neng能neng解jie決jue許xu多duo問wen題ti,這zhe在zai方fang案an研yan究jiu階jie段duan聽ting上shang去qu很hen不bu錯cuo,但dan如ru果guo很hen難nan實shi施shi就jiu沒mei有you什shen麼me價jia值zhi了le,尤you其qi對dui於yu首shou次ci設she計ji音yin頻pin的de工gong程cheng師shi而er言yan更geng是shi如ru此ci。從cong零ling開kai始shi構gou建jian特te性xing或huo通tong過guo外wai部bu組zu件jian實shi施shi是shi困kun難nan的de,一yi來lai不bu能neng有you效xiao使shi用yong PCB 空間,二來需要電力電子和信號處理方麵的專業知識。為簡化下一代產品的設計,TI 不僅為放大器集成了多種功能,而且還提供免費的軟件工具幫助用戶輕鬆控製它們。
PurePath™ Console 3 軟件套裝通過連接各設備的評估模塊(EVM)簡化了對這些設備的操控,便於工程師在現代化且易於使用的圖形用戶界麵中迅速調整音頻輸出、標定設置和體現揚聲器的特征。
逐步調節和特征化向導及大量培訓資源,拉平了與學習新工具相關的學習曲線(即,降低了學習難度,減少了學習時間)。該軟件兼容多種 TI 音頻評估模塊(EVM),支持項目在未來采用新設備,軟件套件則不需要變化。
由於功耗管理、揚聲器保護和音頻均衡都集成到了 TI 設備中,通過 PurePath Console 軟ruan件jian可ke以yi輕qing鬆song配pei置zhi它ta們men。它ta們men隻zhi需xu要yao很hen少shao或huo完wan全quan不bu需xu要yao額e外wai的de軟ruan件jian開kai發fa工gong作zuo,這zhe使shi得de我wo們men運yun用yong這zhe些xie設she備bei和he軟ruan件jian便bian能neng夠gou創chuang造zao出chu高gao功gong耗hao管guan理li效xiao率lv、高保真的音頻子係統,在提高用戶滿意度之餘,有很大的把握能夠契合總體項目時間安排。
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