减小手机耳机放大器的RF敏感度设计方案

随着移动通信技术的不断发展，现代音频放大器越来越多地暴露在强RF（射频）干扰环境中。尤其是GSM（全球移动通信系统）等蜂窝电话系统，它们以217Hz的突发频率发送数据，产生一个受217Hz频率调制的强电场，该电场恰好处于音频频带。如果音频放大器的设计没有考虑高频RF问题，就会将RF载波信息解调到音频频带，导致音质下降甚至噪音干扰。因此，减小手机耳机放大器的RF敏感度成为一个亟待解决的问题。

一、问题背景与原因分析

1. RF干扰的来源

   GSM手机以217Hz突发频率发送数据，产生强电场。尽管GSM手机工作在800MHz至1900MHz频率范围，但217Hz的包络是固定的。因此，GSM手机内的放大器必须能够抑制RF载波的217Hz包络频率，或完全屏蔽其电场。

2. 天线效应

   放大器与音频信号源之间的引线相当于天线。对于1/4波长与引线长度匹配的频率，天线效应最明显。对于900MHz信号，1/4波长为7.5cm；对于1900MHz信号，1/4波长为3.5cm。因此，长度接近于上述两种规格的引线对附近功率放大器的干扰信号最敏感，会接收到较强的干扰信号。

3. RF敏感度问题

   随着移动电话音频放大器数量的不断增加，RF敏感度问题越来越明显。立体声耳机放大器给外部耳机提供声音和音乐信号，立体扬声器放大器提供扩音和重放功能，这些放大器都需保证不受移动电话发射RF能量的影响。

二、减小RF敏感度的设计方案

1. 将耳机放大器集成到基带处理器

   将耳机放大器集成到基带处理器可以缩短音频源与放大器之间的引线长度，从而降低天线效应，提高电路的集成度。这种方案能够避免RF对音频信号的干扰。然而，基带处理器通常采用的是低成本耳机放大器，会在一定程度上降低音质。此外，这些放大器采用单电源供电，其输出信号的偏压在VDD/2左右，需要隔直电容，这会占据很大的PCB面积，降低系统的低频响应，同时还会导致音频信号的失真。

2. 采用RF抑制放大器

   采用专门设计的RF抑制放大器，如MAX9724，可以有效降低放大器的RF敏感度。MAX9724是针对抑制RF噪声而设计的放大器，能够解决RF敏感度问题，而不需要特殊的电路板设计，可大大简化产品的开发过程，降低成本。

3. 改善输入和电源布线

• 输入引线布设：输入端的引线最有可能影响RF敏感度，这些引线应该布设在两个地层之间，以屏蔽外部RF电场。为了降低输入引线的天线效应，须尽可能缩短引线，使引线长度远小于敏感频率的1/4波长。

• 电源布线：放大器电源也是拾取RF噪音的一个途径。电路板设计通常采用旁路电容来降低电源噪音，但在RF频率处，这些电容的自感应降低了高频率波的效能。可以在1μF电容处并联一只10pF电容，在800MHz至1900MHz GSM频率范围内，小电容会旁路掉1μF电容的自感，提高噪音抑制能力。

三、主控芯片型号及其在设计中的作用

在减小手机耳机放大器的RF敏感度的设计方案中，主控芯片起着至关重要的作用。以下是一些常用的主控芯片型号及其在设计中的作用。

1. Airoha络达 AB1552A (MT2811SP)

• 功能特点：AB1552A是Airoha络达新一代蓝牙音频解决方案，提供6mA超低功耗表现，搭配络达独有的MCSync TWS蓝牙稳定传输机制，可以提供稳定连结，减少断音跳音，低延时，两耳耗电更平衡，适用于多种手机平台。支持蓝牙5.1双模，蓝牙低功耗模式，A2DP、HFP、AVRCP、SPP等功能。集成了主动降噪滤波器的功能，能够根据不同的环境音来做降噪调整。音频解码器支持24bit 192KHz高清采样率的解码，支持环境音侦测、双麦语音通话降噪及主动降噪功能。

• 设计中的作用：通过提供稳定的蓝牙连接和降噪功能，AB1552A能够有效减少RF干扰对音频信号的影响，提高音质。

2. Apple H1芯片

• 功能特点：AirPods Pro搭载的H1芯片拥有10个音频核心，实现了极低的音频处理延迟，让实时降噪成为可能。H1芯片内部集成了电源管理和存储器，外置ST意法半导体的语音识别加速感应器，帮助上行通话降噪，特别针对风噪和环境噪声。Bosch博世的运动加速感应器与光学传感器配合，检测用户佩戴状态。

• 设计中的作用：H1芯片通过高效的音频处理和降噪功能，显著降低了RF干扰对耳机放大器的影响，提供了出色的音质和用户体验。

3. BES2300-YP

• 功能特点：BES2300-YP是一款全集成自适应主动降噪方案，内置Cortex M4F双核，采用28nm HKMG CMOS工艺、BGA封装。支持蓝牙5.0、IBRT双耳同步传输，支持无缝主从切换。支持第四代ANC降噪Hybid混合，支持环境音监测，采用第四代双麦通话降噪算法，兼容多家智能语音助手，可选多种音频编码技术。

• 设计中的作用：BES2300-YP通过其强大的降噪功能和灵活的音频编码技术，有效降低了RF干扰对耳机放大器的影响，提供了高质量的音频输出。

4. Bluetrum中科蓝讯 BT8892

• 功能特点：BT8892系列主要针对运动立体声蓝牙耳机与TWS蓝牙耳机市场。支持双模蓝牙V5.0 EDR/BLE，具有32位RISC-V处理器，支持DSP指令集。蓝牙音频解码支持高清解码AAC、SBC，通话支持高清通话mSBC、标清通话CVSD。支持主副耳无缝切换与低延时游戏模式。新一代数字降噪ANC支持前馈FF、后馈FB、混合降噪hybrid等三种模式，能提供30dB降噪深度。

• 设计中的作用：BT8892通过其先进的降噪技术和蓝牙连接功能，显著降低了RF干扰对耳机放大器的影响，提供了清晰、稳定的音频输出。

5. MAX9724

• 功能特点：MAX9724是针对抑制RF噪声而设计的放大器，能够解决RF敏感度问题，而不需要特殊的电路板设计。通过其独特的RF抑制功能，MAX9724能够有效降低放大器的RF敏感度，提高音质。

• 设计中的作用：MAX9724在设计中起到了至关重要的作用，它直接解决了RF干扰对耳机放大器的影响，使得音频输出更加清晰、纯净。

四、设计方案的实施与测试

1. 方案实施

   根据具体的应用需求和成本考虑，选择合适的主控芯片和放大器型号。在设计过程中，注意优化输入引线和电源布线的布局，以降低RF敏感度。同时，采用适当的降噪技术和音频编码技术，提高音质和用户体验。

2. 测试与验证

   在方案实施完成后，进行严格的测试和验证。可以使用专业的测试设备和方法，模拟RF干扰环境，测试耳机放大器的RF敏感度和音质表现。通过对比不同方案下的测试结果，选择最优的设计方案。

五、结论与展望

通过采用将耳机放大器集成到基带处理器、采用RF抑制放大器、改善输入和电源布线等设计方案，并选用合适的主控芯片和放大器型号，可以有效降低手机耳机放大器的RF敏感度，提高音质和用户体验。随着移动通信技术的不断发展和用户需求的不断提升，未来还需要进一步研究和探索更加高效、稳定的音频放大器设计方案，以应对更加复杂的RF干扰环境。