【音频相关-硬件】AEC电路(扬声器回采电路/声学回声消除)入门

启英泰伦AEC方案典型应用图：

单麦方案：

双麦方案：

正文

1. 为什么需要喇叭信号回采电路(AEC 电路)？

AEC的全称是Acoustic Echo Cancellation (声学回声消除)

其核心功能是从喇叭（扬声器）输出端提取音频信号，用于后续的信号处理（如回声消除、音质监测、反馈控制等）。

• 回声消除：如智能音箱中，麦克风会同时拾取环境音和喇叭播放的声音，回采喇叭信号后，可通过算法抵消这部分 “回声“，让语音识别更准确；
• 音质监测：实时采集喇叭信号，分析失真、噪声等参数，反馈给功放调整输出；
• 反馈控制：在功放电路中，回采信号用于闭环控制，稳定输出功率或降低失真。

哪些场景离不开AEC？

• 音乐打断（Voice Interrupt）：设备正在播放音乐，用户说出唤醒词，系统需要准确识别——如果播放的音乐没有被有效消除，唤醒率会大打折扣。
• 全双工通话（Full-Duplex Communication）：双方同时说话时，如果本地播放的远端声音被麦克风重新拾取并传回远端，就会产生严重的回声，通话体验直接“翻车”。

图1：回声消除原理框图

2. 回采电路(AEC 电路)需解决3个核心问题

• 不干扰原电路：回采电路不能影响喇叭正常工作（如分流导致音量变小）因此输入阻抗需足够高，避免“加载”到喇叭回路。
• 信号电平适配：喇叭两端电压通常较高（功放输出可能达±10V及更高）而后续处理的芯片(如DSP)音频输入接口(ADC)范围有限（通常0~3.3V），需将高电压衰减到安全范围。
• 信号保真与降噪：保留音频信号（20Hz~20kHz），滤除高频噪声、电源干扰等。

3. 回采电路(AEC 电路)的组成

对于不同DSP芯片，AEC电路不同

• 有些芯片内部支持ADC输出检测，软件自带AEC功能
• 对于有ADC输入的芯片，喇叭直接用衰减电路，后接入芯片的模拟音频输入口
• 对于没有ADC输入的芯片（比如：只有I2S通信的芯片），则需增加 ADC转换芯片

以下讲解有ADC输入的芯片的AEC 典型应用电路。

如上图所示，典型电路结构通常由衰减网络、低通滤波电路、耦合电路整组成，

1. 衰减网络：降低信号电压。喇叭两端的音频信号是交流电压，用电阻串联，可将比如±10V信号衰减至±0.9V（符合ADC输入范围）。

分压电阻需选用高精度1%误差、低温漂电阻，避免信号失真；且总阻抗需足够高，确保对喇叭回路的分流可忽略（不影响喇叭电流）。

2. RC低通滤波电路：保留有效信号，滤除高频噪声。

喇叭是感性负载（音圈有电感），且功放输出可能混入高频噪声（如开关电源干扰、射频干扰），需通过滤波电路提取纯净的音频信号（20Hz~20kHz）。

计算公式：fc=1/(2πrc)。截止频率可滤除20kHz 以上的高频噪声，保留音频信号。

3. 耦合：适配后续电路的信号极性喇叭信号是交流信号，还有别的感扰信号，需通过电容耦合到DSP芯片的ADC接口。

 

4. 完整喇叭信号回采的工作流程 & 关键参数与设计注意事项

• 喇叭输出端（高电压交流信号）  

• → 衰减网络：电阻分压，降低电压至安全范围。

阻抗匹配：回采电路输入阻抗需≥喇叭阻抗的10倍（如4Ω喇叭，回采输入阻≥40Ω，实际通常用10kΩ以上），避免分流影响喇叭音量；

衰减比计算：根据喇叭最大电压和ADC输入上限计算，例如喇叭最大±30V，ADC上限 3.3V，需衰减比≥30:3.3≈9:1（实际取 10:1 留冗余）；

动态范围：衰减后的信号峰峰值需小于ADC满量程（如 3.3V ADC，信号峰峰值 ≤3V），避免削波失真。通常音频信号小于1V。      

接地处理：回采电路需单点接地，避免与功放、麦克风电路共地引入噪声；

• → 滤波电路：RC低通/高通，滤除噪声，保留20Hz~20kHz音频。   

• → 送入ADC/DSP（将模拟信号转为数字信号）  

• → 算法处理（如回声消除、失真分析等）  

通过以上设计，喇叭信号回采电路可在不干扰喇叭工作的前提下，准确提取音频信号，为后续的回声消除、音质优化等功能提供原始数据支撑。

扩展：AEC电路的整体设计(喇叭、功放、测试)

1. 功放和喇叭选型——好的开始是成功的一半

功放选型
功放是AEC参考信号的源头。我们的经验是：在最大音量状态下，功放输出功率的失真度必须小于10%。失真过大(如削波)会导致参考信号“不干净”，AEC算法无法准确追踪回声路径。

我司常用型号包括FM8002A、SGM4890等AB类功放。如果选用D类功放，反馈信号端必须增加RC滤波，将脉冲宽度调制（PWM）信号滤为模拟信号后再送入AEC参考通道。

喇叭选型
喇叭直接决定了声学回声的“原始面貌”。建议：

• 优先选用带独立音腔的喇叭，避免声音在整机内部四处传播。
• 喇叭最大功率状态下，THD的最佳值应 ≤5%，最大允许值为 ≤10%。

 

2. 原理图设计——照着做，别自己“发明”

方案一：单MIC + 单喇叭，AB类功放
基础方案，电路最简单。参考电路如下：

方案二：单MIC + 单喇叭，D类功放

方案三：双MIC + 外置Codec（顺芯ES7243E）+ 单喇叭，AB类功放
外置Codec可提升AEC效果。参考电路：

方案四：双MIC + 外置Codec（顺芯ES7243E）+ 单喇叭，D类功放
需加RC滤波。参考电路：

3. 效果调试——两个关键指标必须过关

硬件设计完成、整机装配好后，怎么验证AEC硬件是否达标？两个测试必不可少：

测试一：AEC反馈幅值 < 150mV 且无削顶
在最大音量下播放音频，用示波器测试芯片AEC反馈引脚的音频幅值，喇叭可播放1KHz正弦波。如果超过150mV，会影响AEC算法效果。此时需要通过AEC电路的分压电阻进行调节（参考原理图中的分压网络说明）。

同时确认是否出现削顶。削顶意味着功放失真严重（失真度 ≥ 10%），AEC算法无法正常工作。

测试二：MIC处声压 < 85dB
在最大音量下播放音频，用分贝仪测试MIC位置接收到的喇叭声音。如果大于85dB，说明声学耦合过强，需要：

• 减小喇叭输出音量，
• 在结构上让MIC与喇叭离得更远

 

X. 参考资料：

1. 《智能音箱--功放与AEC电路硬件设计实战经验》

https://www.chipsourcetek.com/Technology/6337.html

2. 《从“听得见”到“听得清”：启英泰伦AEC硬件设计实战指南》

https://blog.csdn.net/chunerlaogong/article/details/162636503?spm=1001.2014.3001.5501