大家好，這次我就分享一個我實際項目中遇到的一個音頻問題。

在嵌入式產品、機器人等設計中，音頻功放設計有時候必不可少，我們對音頻的要求不高，只要音量足夠，聲音聽起來更干凈，清晰，沒有噪音即可，畢竟我們不是做專業的音響，不需要高保真，4D環繞，高低音搭配等等。

什么是環地

如下圖所示，嵌入式板卡與功放使用同一個電源，音頻信號由嵌入式板卡通過3.5MM接口輸出，給音頻功放。

如上圖紅色標注的部分所示，地線回路與3.5MM的音頻信號行成了地環回路，如果3.5MM接頭兩邊的電路沒有經過特殊處理，那么此時的功放揚聲器中，你可能會聽到一個“叮…。”的噪聲。這個噪聲會一直存在，伴隨著你的嵌入式板卡的音量增加而增加，就是共地噪聲的影響。

這個噪聲是不能接收的，是不是只要打破這個環路，那就可以解決這個問題呢？首先想到的就是電容隔離或者地線不接，如下圖所示。

但是，經過我的實際測試，最終得到的結果是：這些手段都是無效的。

解決之道

經過查閱各種資料、以及網上其他的案例，在加上請教專業的音頻功放設計工程師，最后總結如下：解決這種環地干擾就三種手段，電源隔離、音頻信號隔離、信號地分割。

方法一：電源隔離

電路設計拓撲如下：

嵌入式板卡的供電由DC電源提供，音頻功放的電源由DC-DC隔離電源提供，這樣就切斷了功放與嵌入式板卡之前的地，行成不了環地，這樣這個環地噪聲也就沒有了。

注意這個電源必須是隔離電源，非隔離的電源是沒有效果的。

在我拆解小船機器人時候，發現小船就是用的這種電源隔離方式設計音頻的，實物拍攝如下圖所示。

從絲印上來看，其電源采用了10W的12V轉12V隔離電源，音頻采用的是PAM8006方案，15Wx2雙聲道8歐姆揚聲器的D類數字功放。

方法二：音頻信號隔離

音頻信號隔離一般主要是在功放的前端（即輸入信號）進行音頻信號隔離。在TAOBAO上也有賣這種音頻信號隔離器。

下圖為我在網上能買到的音頻隔離器，其內部電路為耦合電感，電路示意圖如下：

實際使用的時候只需要在3.5MM的音頻輸入信號上加上這個隔離器就可以。

這種隔離器內部很簡單，就是量耦合電感（左右聲道各一個），使用也挺方便的，唯一的遺憾就是其體積比較大，當然也可以直接把這種耦合電感設計到板子上。

方法三：音頻信號地分割

如果，即不使用隔離電源，也不使用信號隔離器，就要使用那種環地的方式去搭建音頻方案，能否解決環地引起的噪聲么？

答案是可以的，但是這個需要很強的專業功底和電路繪制技巧。

“音頻信號地分割”這個名字是我自己取得，可能不夠專業，其設計原理要求嵌入式板卡需要提供一個干凈的音頻信號，這個信號不能含有太多的噪音。基本原理如下：

如上圖就是嵌入式板卡（音頻源）的設計思路：一般來說，嵌入式板卡上有很多的耗電設備，顯示屏幕，CPU，內存，音頻等等，這個些設備都可以看成一個個的負載，都是有電流流過的。

而所有的電流都是從電源正流到電源負。

所以，要求嵌入式板卡的電源以及地需要設計合理，如上圖所示，電源輸入總電流為I總，分別流向負載，RL1、RL2….RLn，均會產生一個對應的電流I1，I2……In。

那么要求在設計嵌入式板卡的時候大電流的負載靠近電源端口，依次是中電流，最后是小電流，而3.5MM音頻輸出為非常小的電流，這里用RLn表示，其上面流過的電流十分微弱幾乎不計，而3.5MM的音頻信號和地，就需要從從這里輸出。

這樣的設計好處是大電流的設備對地的影響，會不影響到后級的電源地。

如何去實現這樣的設計呢？那就是地平面分割，通過地平面的有效分割，去約束電源地中的電流流向（絕對不能使用滿鋪敷銅的方式去實現地平面設計）。

而最末端，由于其電流很小，對電源的沖擊也很小，所以這樣輸出的音頻信號，就是一個干凈的音頻信號。

如何去判斷一個音頻信號是否為干凈的音頻信號？

很簡單，在音頻信號上串接一個電流表，只要這個電流表上有電流，這個信號就不是一個完美的音頻信號。

實際設計

結合了上述幾種方法，在我項目中，應該如何選擇？

首先隔離電源的方案，我的項目中至少要選擇一個20W的隔離電源，光一個隔離電源成本大概要60左右，感覺太不劃算。

信號隔離方案，這個信號隔離器倒是不貴，但是體積比較大。如果我將耦合電感設計到電路板上，一時也找不到一個合適的電感。

第三種方式，我直接排除了，因為在我的項目中引起這個噪聲的罪魁禍首就是這個板卡，而這個板卡又是買的第三方的，我改不了。

所以，最后很明確，只有方法一和方法二。

日常生活中，汽車汽車內部的電子設備也是挺多的，而且其只有一個電源（電瓶或者發電機，任何時候只有一個電源工作），其內部那么多的設備也要耗電，其音頻方案是怎樣的？

當然我們不能去拆了一個汽車，但是可以在網上找找資料。

最終，ROHM的一個芯片進入我的視野——BA3121，對地能動沖放大器。

對地能動沖放大器集成電路是一種能夠將地信號的噪聲進行放大和抵消，內部框圖如下：

具體的芯片性能，我就不多說了，大家可以下載芯片的數據手冊。而我則先在TAOBAO上買了一個個模式試試。

經過實際的電路搭建，該模塊確實能夠很好的抑制了環地引起的地信號干擾。注意，這個模塊是有源的哦。 下面開始實際電路設計。

音頻芯片我使用的PAM8610，也是音訊的方案。 最終實際布線如下：

最后，經過電路板打樣和焊接測試，該方案確實能夠解決音頻環地帶來“叮…。”的噪聲，其和使用信號隔離器的效果是一樣的。