減小手機(jī)耳機(jī)放大器的RF敏感度設(shè)計(jì)方案

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代音頻放大器越來越多地暴露在強(qiáng)RF（射頻）干擾環(huán)境中。尤其是GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）等蜂窩電話系統(tǒng)，它們以217Hz的突發(fā)頻率發(fā)送數(shù)據(jù)，產(chǎn)生一個(gè)受217Hz頻率調(diào)制的強(qiáng)電場，該電場恰好處于音頻頻帶。如果音頻放大器的設(shè)計(jì)沒有考慮高頻RF問題，就會(huì)將RF載波信息解調(diào)到音頻頻帶，導(dǎo)致音質(zhì)下降甚至噪音干擾。因此，減小手機(jī)耳機(jī)放大器的RF敏感度成為一個(gè)亟待解決的問題。

一、問題背景與原因分析

1. RF干擾的來源

   GSM手機(jī)以217Hz突發(fā)頻率發(fā)送數(shù)據(jù)，產(chǎn)生強(qiáng)電場。盡管GSM手機(jī)工作在800MHz至1900MHz頻率范圍，但217Hz的包絡(luò)是固定的。因此，GSM手機(jī)內(nèi)的放大器必須能夠抑制RF載波的217Hz包絡(luò)頻率，或完全屏蔽其電場。

2. 天線效應(yīng)

   放大器與音頻信號(hào)源之間的引線相當(dāng)于天線。對(duì)于1/4波長與引線長度匹配的頻率，天線效應(yīng)最明顯。對(duì)于900MHz信號(hào)，1/4波長為7.5cm；對(duì)于1900MHz信號(hào)，1/4波長為3.5cm。因此，長度接近于上述兩種規(guī)格的引線對(duì)附近功率放大器的干擾信號(hào)最敏感，會(huì)接收到較強(qiáng)的干擾信號(hào)。

3. RF敏感度問題

   隨著移動(dòng)電話音頻放大器數(shù)量的不斷增加，RF敏感度問題越來越明顯。立體聲耳機(jī)放大器給外部耳機(jī)提供聲音和音樂信號(hào)，立體揚(yáng)聲器放大器提供擴(kuò)音和重放功能，這些放大器都需保證不受移動(dòng)電話發(fā)射RF能量的影響。

二、減小RF敏感度的設(shè)計(jì)方案

1. 將耳機(jī)放大器集成到基帶處理器

   將耳機(jī)放大器集成到基帶處理器可以縮短音頻源與放大器之間的引線長度，從而降低天線效應(yīng)，提高電路的集成度。這種方案能夠避免RF對(duì)音頻信號(hào)的干擾。然而，基帶處理器通常采用的是低成本耳機(jī)放大器，會(huì)在一定程度上降低音質(zhì)。此外，這些放大器采用單電源供電，其輸出信號(hào)的偏壓在VDD/2左右，需要隔直電容，這會(huì)占據(jù)很大的PCB面積，降低系統(tǒng)的低頻響應(yīng)，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致音頻信號(hào)的失真。

2. 采用RF抑制放大器

   采用專門設(shè)計(jì)的RF抑制放大器，如MAX9724，可以有效降低放大器的RF敏感度。MAX9724是針對(duì)抑制RF噪聲而設(shè)計(jì)的放大器，能夠解決RF敏感度問題，而不需要特殊的電路板設(shè)計(jì)，可大大簡化產(chǎn)品的開發(fā)過程，降低成本。

3. 改善輸入和電源布線

• 輸入引線布設(shè)：輸入端的引線最有可能影響RF敏感度，這些引線應(yīng)該布設(shè)在兩個(gè)地層之間，以屏蔽外部RF電場。為了降低輸入引線的天線效應(yīng)，須盡可能縮短引線，使引線長度遠(yuǎn)小于敏感頻率的1/4波長。

• 電源布線：放大器電源也是拾取RF噪音的一個(gè)途徑。電路板設(shè)計(jì)通常采用旁路電容來降低電源噪音，但在RF頻率處，這些電容的自感應(yīng)降低了高頻率波的效能。可以在1μF電容處并聯(lián)一只10pF電容，在800MHz至1900MHz GSM頻率范圍內(nèi)，小電容會(huì)旁路掉1μF電容的自感，提高噪音抑制能力。

三、主控芯片型號(hào)及其在設(shè)計(jì)中的作用

在減小手機(jī)耳機(jī)放大器的RF敏感度的設(shè)計(jì)方案中，主控芯片起著至關(guān)重要的作用。以下是一些常用的主控芯片型號(hào)及其在設(shè)計(jì)中的作用。

1. Airoha絡(luò)達(dá) AB1552A (MT2811SP)

• 功能特點(diǎn)：AB1552A是Airoha絡(luò)達(dá)新一代藍(lán)牙音頻解決方案，提供6mA超低功耗表現(xiàn)，搭配絡(luò)達(dá)獨(dú)有的MCSync TWS藍(lán)牙穩(wěn)定傳輸機(jī)制，可以提供穩(wěn)定連結(jié)，減少斷音跳音，低延時(shí)，兩耳耗電更平衡，適用于多種手機(jī)平臺(tái)。支持藍(lán)牙5.1雙模，藍(lán)牙低功耗模式，A2DP、HFP、AVRCP、SPP等功能。集成了主動(dòng)降噪濾波器的功能，能夠根據(jù)不同的環(huán)境音來做降噪調(diào)整。音頻解碼器支持24bit 192KHz高清采樣率的解碼，支持環(huán)境音偵測、雙麥語音通話降噪及主動(dòng)降噪功能。

• 設(shè)計(jì)中的作用：通過提供穩(wěn)定的藍(lán)牙連接和降噪功能，AB1552A能夠有效減少RF干擾對(duì)音頻信號(hào)的影響，提高音質(zhì)。

2. Apple H1芯片

• 功能特點(diǎn)：AirPods Pro搭載的H1芯片擁有10個(gè)音頻核心，實(shí)現(xiàn)了極低的音頻處理延遲，讓實(shí)時(shí)降噪成為可能。H1芯片內(nèi)部集成了電源管理和存儲(chǔ)器，外置ST意法半導(dǎo)體的語音識(shí)別加速感應(yīng)器，幫助上行通話降噪，特別針對(duì)風(fēng)噪和環(huán)境噪聲。Bosch博世的運(yùn)動(dòng)加速感應(yīng)器與光學(xué)傳感器配合，檢測用戶佩戴狀態(tài)。

• 設(shè)計(jì)中的作用：H1芯片通過高效的音頻處理和降噪功能，顯著降低了RF干擾對(duì)耳機(jī)放大器的影響，提供了出色的音質(zhì)和用戶體驗(yàn)。

3. BES2300-YP

• 功能特點(diǎn)：BES2300-YP是一款全集成自適應(yīng)主動(dòng)降噪方案，內(nèi)置Cortex M4F雙核，采用28nm HKMG CMOS工藝、BGA封裝。支持藍(lán)牙5.0、IBRT雙耳同步傳輸，支持無縫主從切換。支持第四代ANC降噪Hybid混合，支持環(huán)境音監(jiān)測，采用第四代雙麥通話降噪算法，兼容多家智能語音助手，可選多種音頻編碼技術(shù)。

• 設(shè)計(jì)中的作用：BES2300-YP通過其強(qiáng)大的降噪功能和靈活的音頻編碼技術(shù)，有效降低了RF干擾對(duì)耳機(jī)放大器的影響，提供了高質(zhì)量的音頻輸出。

4. Bluetrum中科藍(lán)訊 BT8892

• 功能特點(diǎn)：BT8892系列主要針對(duì)運(yùn)動(dòng)立體聲藍(lán)牙耳機(jī)與TWS藍(lán)牙耳機(jī)市場。支持雙模藍(lán)牙V5.0 EDR/BLE，具有32位RISC-V處理器，支持DSP指令集。藍(lán)牙音頻解碼支持高清解碼AAC、SBC，通話支持高清通話mSBC、標(biāo)清通話CVSD。支持主副耳無縫切換與低延時(shí)游戲模式。新一代數(shù)字降噪ANC支持前饋FF、后饋FB、混合降噪hybrid等三種模式，能提供30dB降噪深度。

• 設(shè)計(jì)中的作用：BT8892通過其先進(jìn)的降噪技術(shù)和藍(lán)牙連接功能，顯著降低了RF干擾對(duì)耳機(jī)放大器的影響，提供了清晰、穩(wěn)定的音頻輸出。

5. MAX9724

• 功能特點(diǎn)：MAX9724是針對(duì)抑制RF噪聲而設(shè)計(jì)的放大器，能夠解決RF敏感度問題，而不需要特殊的電路板設(shè)計(jì)。通過其獨(dú)特的RF抑制功能，MAX9724能夠有效降低放大器的RF敏感度，提高音質(zhì)。

• 設(shè)計(jì)中的作用：MAX9724在設(shè)計(jì)中起到了至關(guān)重要的作用，它直接解決了RF干擾對(duì)耳機(jī)放大器的影響，使得音頻輸出更加清晰、純凈。

四、設(shè)計(jì)方案的實(shí)施與測試

1. 方案實(shí)施

   根據(jù)具體的應(yīng)用需求和成本考慮，選擇合適的主控芯片和放大器型號(hào)。在設(shè)計(jì)過程中，注意優(yōu)化輸入引線和電源布線的布局，以降低RF敏感度。同時(shí)，采用適當(dāng)?shù)慕翟爰夹g(shù)和音頻編碼技術(shù)，提高音質(zhì)和用戶體驗(yàn)。

2. 測試與驗(yàn)證

   在方案實(shí)施完成后，進(jìn)行嚴(yán)格的測試和驗(yàn)證?？梢允褂脤I(yè)的測試設(shè)備和方法，模擬RF干擾環(huán)境，測試耳機(jī)放大器的RF敏感度和音質(zhì)表現(xiàn)。通過對(duì)比不同方案下的測試結(jié)果，選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

五、結(jié)論與展望

通過采用將耳機(jī)放大器集成到基帶處理器、采用RF抑制放大器、改善輸入和電源布線等設(shè)計(jì)方案，并選用合適的主控芯片和放大器型號(hào)，可以有效降低手機(jī)耳機(jī)放大器的RF敏感度，提高音質(zhì)和用戶體驗(yàn)。隨著移動(dòng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提升，未來還需要進(jìn)一步研究和探索更加高效、穩(wěn)定的音頻放大器設(shè)計(jì)方案，以應(yīng)對(duì)更加復(fù)雜的RF干擾環(huán)境。