減小手機耳機放大器的RF敏感度設計方案

隨著移動通信技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)代音頻放大器越來越多地暴露在強RF（射頻）干擾環(huán)境中。尤其是GSM（全球移動通信系統(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)生一個受217Hz頻率調(diào)制的強電場，該電場恰好處于音頻頻帶。如果音頻放大器的設計沒有考慮高頻RF問題，就會將RF載波信息解調(diào)到音頻頻帶，導致音質下降甚至噪音干擾。因此，減小手機耳機放大器的RF敏感度成為一個亟待解決的問題。

一、問題背景與原因分析

1. RF干擾的來源

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

2. 天線效應

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

3. RF敏感度問題

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

二、減小RF敏感度的設計方案

1. 將耳機放大器集成到基帶處理器

   將耳機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，提高電路的集成度。這種方案能夠避免RF對音頻信號的干擾。然而，基帶處理器通常采用的是低成本耳機放大器，會在一定程度上降低音質。此外，這些放大器采用單電源供電，其輸出信號的偏壓在VDD/2左右，需要隔直電容，這會占據(jù)很大的PCB面積，降低系統(tǒng)的低頻響應，同時還會導致音頻信號的失真。

2. 采用RF抑制放大器

   采用專門設計的RF抑制放大器，如MAX9724，可以有效降低放大器的RF敏感度。MAX9724是針對抑制RF噪聲而設計的放大器，能夠解決RF敏感度問題，而不需要特殊的電路板設計，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：輸入端的引線最有可能影響RF敏感度，這些引線應該布設在兩個地層之間，以屏蔽外部RF電場。為了降低輸入引線的天線效應，須盡可能縮短引線，使引線長度遠小于敏感頻率的1/4波長。

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

三、主控芯片型號及其在設計中的作用

在減小手機耳機放大器的RF敏感度的設計方案中，主控芯片起著至關重要的作用。以下是一些常用的主控芯片型號及其在設計中的作用。

1. Airoha絡達 AB1552A (MT2811SP)

• 功能特點：AB1552A是Airoha絡達新一代藍牙音頻解決方案，提供6mA超低功耗表現(xiàn)，搭配絡達獨有的MCSync TWS藍牙穩(wěn)定傳輸機制，可以提供穩(wěn)定連結，減少斷音跳音，低延時，兩耳耗電更平衡，適用于多種手機平臺。支持藍牙5.1雙模，藍牙低功耗模式，A2DP、HFP、AVRCP、SPP等功能。集成了主動降噪濾波器的功能，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降噪功能。

• 設計中的作用：通過提供穩(wěn)定的藍牙連接和降噪功能，AB1552A能夠有效減少RF干擾對音頻信號的影響，提高音質。

2. Apple H1芯片

• 功能特點：AirPods Pro搭載的H1芯片擁有10個音頻核心，實現(xiàn)了極低的音頻處理延遲，讓實時降噪成為可能。H1芯片內(nèi)部集成了電源管理和存儲器，外置ST意法半導體的語音識別加速感應器，幫助上行通話降噪，特別針對風噪和環(huán)境噪聲。Bosch博世的運動加速感應器與光學傳感器配合，檢測用戶佩戴狀態(tài)。

• 設計中的作用：H1芯片通過高效的音頻處理和降噪功能，顯著降低了RF干擾對耳機放大器的影響，提供了出色的音質和用戶體驗。

3. BES2300-YP

• 功能特點：BES2300-YP是一款全集成自適應主動降噪方案，內(nèi)置Cortex M4F雙核，采用28nm HKMG CMOS工藝、BGA封裝。支持藍牙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。

• 設計中的作用：BES2300-YP通過其強大的降噪功能和靈活的音頻編碼技術，有效降低了RF干擾對耳機放大器的影響，提供了高質量的音頻輸出。

4. Bluetrum中科藍訊 BT8892

• 功能特點：BT8892系列主要針對運動立體聲藍牙耳機與TWS藍牙耳機市場。支持雙模藍牙V5.0 EDR/BLE，具有32位RISC-V處理器，支持DSP指令集。藍牙音頻解碼支持高清解碼AAC、SBC，通話支持高清通話mSBC、標清通話CVSD。支持主副耳無縫切換與低延時游戲模式。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。

• 設計中的作用：BT8892通過其先進的降噪技術和藍牙連接功能，顯著降低了RF干擾對耳機放大器的影響，提供了清晰、穩(wěn)定的音頻輸出。

5. MAX9724

• 功能特點：MAX9724是針對抑制RF噪聲而設計的放大器，能夠解決RF敏感度問題，而不需要特殊的電路板設計。通過其獨特的RF抑制功能，MAX9724能夠有效降低放大器的RF敏感度，提高音質。

• 設計中的作用：MAX9724在設計中起到了至關重要的作用，它直接解決了RF干擾對耳機放大器的影響，使得音頻輸出更加清晰、純凈。

四、設計方案的實施與測試

1. 方案實施

   根據(jù)具體的應用需求和成本考慮，選擇合適的主控芯片和放大器型號。在設計過程中，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，采用適當?shù)慕翟爰夹g和音頻編碼技術，提高音質和用戶體驗。

2. 測試與驗證

   在方案實施完成后，進行嚴格的測試和驗證?？梢允褂脤I(yè)的測試設備和方法，模擬RF干擾環(huán)境，測試耳機放大器的RF敏感度和音質表現(xiàn)。通過對比不同方案下的測試結果，選擇最優(yōu)的設計方案。

五、結論與展望

通過采用將耳機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計方案，并選用合適的主控芯片和放大器型號，可以有效降低手機耳機放大器的RF敏感度，提高音質和用戶體驗。隨著移動通信技術的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提升，未來還需要進一步研究和探索更加高效、穩(wěn)定的音頻放大器設計方案，以應對更加復雜的RF干擾環(huán)境。