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音频电路设计01_哔哩哔哩_bilibili
音频电路设计
1、音频基本介绍
1.1、设备
1.1.1、音频接口
型号:ABA-JAK-038-K44
电脑主机上的音频输出插口,一个是粉色的,用来连接麦克风或话筒,一个是绿色的,用来连接音箱或耳机。
不用的音频元器件选型,物理尺寸不一样,原理图封装也不一样!
1.1.2、耳机(听筒)
耳机(Headphone),又称耳筒或听筒,是一对转换单元,它接受媒体播放器或接收器所发出的电讯号,利用贴近耳朵的扬声器将其转化成可以听到的音波。将电信号转换成声音的器件。
工作原理:在一个置于永久磁场中的线圈中通以音频信号,产生交变的磁场(相互作用力),从而带动听筒的发音膜震动发出声音。
4段比3段多了耳麦(话筒)功能。
(圆柱插孔的检测方式:常开型检测和常闭型检测)
1.1.3、扬声器(小喇叭)
将电信号转换成声音的器件。
工作原理:在一个置于永久磁场中的线圈中通以音频信号,产生交变的磁场(相互作用力),从而带动听筒的发音膜震动发出声音。
听筒的阻值比较大:15-30欧;扬声器阻值:8-15欧
阻值越小,功率越大!声音也就越大。
1.1.4、咪头(麦克风)
咪头,是将声音信号转换为电信号的能量转换器件,是和喇叭正好相反的一个器件(电→声)。又名咪芯,麦克风,话筒,传声器。
1.2、模拟音频和数字音频
音频有模拟音频和数字音频两类。
模拟音频,就是功放输出的,驱动音箱和喇叭的音频。模拟麦克风采样回来的数据也是模拟音频。通常会有单端或差分两种信号。
数字音频,不能直接驱动喇叭,必须要通过DAC转换成模拟音频,才能发出声音来。数字音频的接口比较多,目前较为通用的是I2S、PCM、PDM和TDM接口。
1.2.1、模拟音频
在硬件产品中,模拟音频主要用在:喇叭播放声音、Line-in外接音源、麦克风输入等。设备外的音频传输一般使用模拟信号。
1.2.2、数字音频
智能硬件产品的设备内音频传输,采用I2S、PCM、TDM、PDM等数字接口。
a、I2S速度快,专门用于传音乐
I2S(Inter-IC Sound Bus)总线,又称集成电路内置音频总线;
I2S有3个主要信号:
1、串行时钟SCLK,也叫位时钟(BCLK)
2、帧时钟LRCK,用于切换左右声道的数据。
3、串行数据SDATA,就是用二进制补码表示的音频数据。
b、PCM/TDM,主要用来传语音
这里的PCM指的是PCM接口。和I2S差不多,也是4根线,通常用于AP处理器和通信MODEM之间传输语音数据(就是双向打电话的数据)。
c、PDM,只有2根线,传音乐,编码方式和I2S不同
很多数字麦克风使用的PDM接口,有数据和时钟两根线。PDM接口和I2S最大的区别是编码方式不同。
d、其他数字接口:USB
除了上述几个,在很多外接的音频模块上,用的是USB音频。
1.3、编解码芯片
编码:麦克风将声音转换为电信号,送到芯片内部,编码处理。
解码:播放音乐,或者听对方通话时,电信号转换为声音。
音频的采集流程:
音频的播放流程:
2、WM8978---凌云逻辑(★)
WM8978 是一款低功率的立体声编解码器,带有适用于立体声差分麦克风的集成式前置放大器,并包含适用于扬声器、耳机和差分或立体声线路输出的驱动器。
2.1、结构及功能框图
2.2、管脚定义
2.2.1、电源信号
管脚符号 | 类型 | 描述 |
DGND | Supply | Digital ground |
DCVDD | Supply | Digital core logic supply |
DBVDD | Supply | Digital buffer (I/O) supply |
SPKGND | Supply | Speaker ground (feeds speaker amp and OUT3/OUT4) |
SPKVDD | Supply | Speaker supply (feed speaker amp only) |
AGND | Supply | Analogue ground (feeds ADC and DAC) |
AVDD | Supply | Analogue supply (feeds ADC and DAC) |
VMID | Reference | Decoupling for ADC and DAC reference voltage |
2.2.1、模拟信号
管脚符号 | 类型 | 描述 |
LIP | Analogue input | Left Mic Pre-amp positive input |
LIN | Left Mic Pre-amp negative input | |
L2/GPIO2 | Left channel line input/secondary mic pre-amp positive input/GPIO2 pin | |
RIP | Right Mic Pre-amp positive input | |
RIN | Right Mic Pre-amp negative input | |
R2/GPIO3 | Right channel line input/secondary mic pre-amp positive input/GPIO3 pin | |
AUXL | Left Auxillary input | |
AUXR | Right Auxillary input | |
OUT4 | Analogue Output | Buffered midrail Headphone pseudo-ground, or Right line output or MONO mix output |
OUT3 | Buffered midrail Headphone pseudo-ground, or Left line output | |
ROUT2 | Second right output, or BTL speaker driver positive output | |
LOUT2 | Second left output, or BTL speaker driver negative output | |
ROUT1 | Headphone or Line Output Right | |
LOUT1 | Headphone or Line Output Left | |
MICBIAS | Microphone Bias |
2.2.3、数字信号
I2S/PCM audio interface
管脚符号 | 类型 | 描述 |
LRC | Digital I/O | DAC and ADC Sample Rate Clock |
BCLK | Digital I/O | Digital Audio Port Clock |
ADCDAT | Digital Output | ADC Digital Audio Data Output |
DACDAT | Digital Input | DAC Digital Audio Data Input |
管脚符号 | 类型 | 描述 |
MCLK | Digital Input | Master Clock Input 主时钟输入 |
管脚符号 | 类型 | 描述 |
CSB/GPIO1 | Digital I/O | 3-Wire Control Interface Chip Select/GPIO1 pin 3线微处理器片选/通用输入/输出1 |
SCLK | Digital Input | 3-Wire Control Interface Clock Input/2-Wire Control Interface Clock Input 3线/2线微处理器时钟输入 |
SDIN | Digital I/O | 3-Wire Control Interface Data Input/2-Wire Control Interface Data Input 3线/2线微处理器数据输入 |
MODE | Digital Input | Control Interface Selection 控制接口选择 |
2.3、WM8978硬件设计要点
2.4、WM8978硬件实战(★)
3、WM8960
3.1、硬件实战
3.2、WM8960设计注意事项
3.3、WM8960硬件实战(★)
3.3.1、WM8960硬件实战
3.3.2、WM8960
4、音频电路设计要点
5、layout设计要求
5.1、布局要求
1、接口靠近板边放置,避开其他高速信号
2、为了防止数字噪声对敏感的模拟电路的干扰,必须将二者分隔开。数字电路和模拟电路中的音频电路尽可能分隔开。
3、元件布局要使音频信号的路径最短,音频放大器要尽可能靠近耳机插孔和扬声器放置,使D类音频放大器的EMI辐射最小,耳机信号的耦合噪音最小。模拟音频信号必须尽可能靠近音频放大器的输入端,使输入耦合噪声最小。所有输入引线对RF信号来说都是一根天线,缩短引线长度有助于降低相应频段的天线辐射效应。
4、滤波电容靠近电源管脚放置。
5、模拟电路布置在PCB的一个区域,数字电路布置在另一区域,数模分开,间距>1mm。
5.2、布线要求
1、不管是MICBIAS信号,还是MIC输入模拟信号或是音频输出信号,其信号要求均参考GND平面,且所参考的GND平面需要非常“干净”;音频信号(输入输出以及MICBIAS)以GND作为参考,音频信号的回流路径不会与其他信号公用;不管是音频信号还是其回流路径,均远离数字信号;
2、各元器件间的连线越短越好,以减少分布参数和相互间的电磁干扰。
3、左、右声道(HPL HPR)信号布线按照类差分处理,线宽宽度≥12mil,且进行包地处理。