音视频-41---音频电路设计

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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。

6、其他附件参考

详细内容参考视频讲解