【音频相关-硬件】功放选择和AEC相关硬件

功放设计和 AEC电路回采是语音、音频类音响极为关键的环节，它们直接影响着音质、稳定性以及整体性能。

今天就来和大家分享一下在这两方面的6点设计经验心得。让你一文搞定智能音频硬件设计：功放与AEC回采设计要点。

一、功放类型大PK：效率是关键！‌

         面对多种功放类型，如何选择？

• A类 (纯甲类)：线性度最好，音色纯净自然，高保真。但‌效率极低‌(20%-30%)，发热巨大。
• ‌B类 (乙类)：‌ 效率较高(约70%)。但存在“交越失真”，音质有妥协。
• ‌AB类 (甲乙类)：‌ A类和B类的折中。‌效率待提升‌，但显著改善了交越失真，是多年前，汽车用音响等领域的‌常用方案‌。
• ‌D类 (模拟输入和数字信号2种通信)：‌ 基于高速开关工作原理。优点显著：效率超高！ (90%以上) 。发热极小体积可以做得很紧凑。

结论：‌ 为实现‌≥85%‌的高效率目标，‌成本限制，高效D类功放是不二之选！

     追求更多的音效算法，和效率---数字功放最优选！让小体积设备也能拥有澎湃音质！

 

二、D类功放电路关键点：功放输出滤波

AB 类功放电路输出到喇叭的时候，直接接喇叭即可。但D类功放不同，D类功放输出需要添加滤波电路。

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D类功放需要输出滤波（核心）：因D类功放输出的是高频PWM方波，需要LC低通滤波器还原成平滑的音频信号。
为了有效滤除PWM载波（通常在几百kHz）而不影响音频本身，需要LC低通滤波器还原成平滑的音频信号，且其截止频率需要高于人声(一般为 30k, 原因：人耳可听音频上限为20kHz)，
如下图：

• 计算公式：fc=1/(2πLC) （例图中计算约为27kHz）。

D类功放案例应用原理图（SGM2820):

三、电路关键点：喇叭信号回采AEC电路作用！

AEC的全称是Acoustic Echo Cancellation (声学回声消除)的核心功能是从喇叭（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。

四、关键设计需求--回采电路需解决3个核心问题

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ADC、DSP）音频输入范围有限（通常0~3.3V），需将高电压衰减到安全范围。

无干扰原电路：

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。

信号保真与降噪：

保留音频信号（20Hz~20kHz），滤除高频噪声、电源干扰等。

典型电路结构通常由衰减网络、滤波电路、耦合整组成，以下是具体原理：

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；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ADC芯片。

 

五、完整喇叭信号回采的工作流程为：

• 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。

• → 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）  

六、关键参数与设计注意事项

• 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）；
• 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；
• 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；
• 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。

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。

重点总结：对于不同DSP芯片，AEC电路不同！

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。

     （PS：有些芯片内部支持ADC输出检测，软件自带AEC功能，更省事）

对于没有ADC输入的芯片，如I2S通信，需增加 ADC转换芯片。

AEC回采信号通过差分走线输入到ADC芯片，

MIC信号通常在mV级别，注意输入信号不要超过芯片输入的最大范围内，避免信号削波失真！

启英泰伦方案常见应用图：

单麦方案：

双麦方案：

 

 

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://mp.weixin.qq.com/mp/wappoc_appmsgcaptcha