在智能音箱的設計過程中，功放設計和 AEC電路回采是極為關鍵的環節，它們直接影響著音箱的音質、穩定性以及整體性能。今天就來和大家分享一下在這兩方面的6點設計經驗心得。讓你一文搞定智能音箱硬件設計：功放與AEC回采設計要點。
一、功放類型大PK：效率是關鍵！
面對多種功放類型，如何選擇？
- A類 (純甲類)：線性度最好，音色純凈自然，高保真。但效率極低(20%-30%)，發熱巨大。
- B類 (乙類)： 效率較高(約70%)。但存在“交越失真”，音質有妥協。
- AB類 (甲乙類)： A類和B類的折中。效率待提升，但顯著改善了交越失真，是多年前，汽車用音響等領域的常用方案。
- D類 (模擬輸入和數字信號2種通信)： 基于高速開關工作原理。優點顯著：效率超高！ (90%以上) 。發熱極小體積可以做得很緊湊。
結論： 為實現≥85%的高效率目標，成本限制，高效D類功放是不二之選！
追求更多的音效算法，和效率---數字功放最優選！讓小體積設備也能擁有澎湃音質！
二、電路關鍵點：功放輸出濾波
- 輸出濾波（核心）：因D類功放輸出的是高頻PWM方波，需要LC低通濾波器還原成平滑的音頻信號。根據奈奎斯特定理，濾波器的截止頻率必須遠高于音頻最高頻率（通常>30kHz），才能有效濾除PWM載波（通常在幾百kHz）而不影響音頻本身。原因：人耳可聽音頻上限為20kHz。
- LC元件選擇的參數如何選擇：截止頻率(fc) > 30kHz。
- 計算公式：
fc=1/(2πLC) （例圖中計算約為27kHz）。
三、電路關鍵點：喇叭信號回采AEC電路作用！
AEC的全稱是Acoustic Echo Cancellation (聲學回聲消除)的核心功能是從喇叭（揚聲器）輸出端提取音頻信號，用于后續的信號處理（如回聲消除、音質監測、反饋控制等）。
回聲消除：如智能音箱中，麥克風會同時拾取環境音和喇叭播放的聲音，回采喇叭信號后，可通過算法抵消這部分 “回聲”，讓語音識別更準確；
音質監測：實時采集喇叭信號，分析失真、噪聲等參數，反饋給功放調整輸出；
反饋控制：在功放電路中，回采信號用于閉環控制，穩定輸出功率或降低失真。
四、關鍵設計需求--回采電路需解決3個核心問題
信號電平適配：
喇叭兩端電壓通常較高（功放輸出可能達±10V及更高）而后續處理的芯片（如ADC、DSP）音頻輸入范圍有限（通常0~3.3V），需將高電壓衰減到安全范圍。
無干擾原電路：
回采電路不能影響喇叭正常工作（如分流導致音量變小）因此輸入阻抗需足夠高，避免“加載”到喇叭回路。
信號保真與降噪：
保留音頻信號（20Hz~20kHz），濾除高頻噪聲、電源干擾等。
典型電路結構通常由衰減網絡、濾波電路、耦合整組成，以下是具體原理：
1. 衰減網絡：降低信號電壓。喇叭兩端的音頻信號是交流電壓，用電阻串聯，可將比如±10V信號衰減至±0.9V（符合ADC輸入范圍）。分壓電阻需選用高精度1%誤差、低溫漂電阻，避免信號失真；總阻抗需足夠高，確保對喇叭回路的分流可忽略（不影響喇叭電流）。
2. RC低通濾波電路：保留有效信號，濾除噪聲。喇叭是感性負載（音圈有電感），且功放輸出可能混入高頻噪聲（如開關電源干擾、射頻干擾），需通過濾波電路提取純凈的音頻信號（20Hz~20kHz）。計算公式：fc=1/(2πrc)。截止頻率可濾除20kHz 以上的高頻噪聲，保留音頻信號。
3. 耦合：適配后續電路的信號極性喇叭信號是交流信號，還有別的感擾信號，需通過電容耦合到ADC芯片。
五、完整喇叭信號回采的工作流程為：
六、關鍵參數與設計注意事項
衰減比計算：根據喇叭最大電壓和ADC輸入上限計算，例如喇叭最大±30V，ADC上限 3.3V，需衰減比≥30:3.3≈9:1（實際取 10:1 留冗余）；
阻抗匹配：回采電路輸入阻抗需≥喇叭阻抗的10倍（如4Ω喇叭，回采輸入阻≥40Ω，實際通常用10kΩ以上），避免分流影響喇叭音量；
接地處理：回采電路需單點接地，避免與功放、麥克風電路共地引入噪聲；
動態范圍：衰減后的信號峰峰值需小于ADC滿量程（如 3.3V ADC，信號峰峰值 ≤3V），避免削波失真。通常音頻信號小于1V。
通過以上設計，喇叭信號回采電路可在不干擾喇叭工作的前提下，準確提取音頻信號，為后續的回聲消除、音質優化等功能提供原始數據支撐。
對于有ADC輸入的芯片，喇叭直接用衰減電路，后接入芯片的模擬音頻輸入口。
（PS：有些芯片內部支持ADC輸出檢測，軟件自帶AEC功能，更省事）對于沒有ADC輸入的芯片，如I2S通信，需增加 ADC轉換芯片。
MIC信號通常在mV級別，注意輸入信號不要超過芯片輸入的最大范圍內，避免信號削波失真！ |
