侯建路

（英華達(dá)（上海）科技有限公司，上海201114）

在智能無(wú)線音響的的生產(chǎn)制造過(guò)程中，單板的Audio 功放性能測(cè)試一直是一項(xiàng)非常重要和基礎(chǔ)的測(cè)試，Audio 部分的功放電路性能的好壞對(duì)音響的品質(zhì)有著至關(guān)重要的作用，本文對(duì)智能無(wú)線音響生產(chǎn)過(guò)程中Audio 功放的測(cè)試過(guò)程展開(kāi)討論，主要包括：音頻功放電路介紹，整個(gè)測(cè)試的流程框架，電源供應(yīng)器，測(cè)試儀器，測(cè)試軟體，測(cè)試項(xiàng)目和Spc（規(guī)格）等。

1 音頻功放電路

能夠?yàn)樨?fù)載提供足夠大的功率放大倍數(shù)的電路稱之為功率放大電路，簡(jiǎn)稱功放。音頻功率放大器的基本功能是把前級(jí)送來(lái)的聲頻信號(hào)不失真地加以放大，輸出足夠的功率去驅(qū)動(dòng)負(fù)載（揚(yáng)聲器）發(fā)出優(yōu)美的聲音。在音頻電路中，往往要求放大電路的輸出級(jí)能輸出足夠大的功率去驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器等負(fù)載。音頻放大電路在各種音頻設(shè)備上被廣泛使用。在智能無(wú)線音響設(shè)計(jì)過(guò)程中，功放電路的作用是將微小的模擬信號(hào)進(jìn)行放大，使得他可以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。原理就是利用三極管的放大作用把音頻模擬信號(hào)就行放大，使得其可以驅(qū)動(dòng)一定阻抗的揚(yáng)聲器[1]。

2 單板測(cè)試流程

整個(gè)單板的性能測(cè)試主要包括：主板、Power（電源）板和SCI（觸摸靈敏度）板的ICT（集成電路測(cè)試）測(cè)試，CPU（中央處理器）和Audio（音頻功率放大電路）測(cè)試，RF（射頻）校準(zhǔn)測(cè)試，Power（電源電路）測(cè)試，接著是整機(jī)組裝和測(cè)試，如圖1。這里的SA Test 代表單板組裝（Sub-Assembly）。我們主要針對(duì)Audio-SA 功放電路性能測(cè)試的方案進(jìn)行闡述。

圖1

3 測(cè)試框架的構(gòu)建

Audio 功放整體的測(cè)試分析系統(tǒng)框圖（圖2），通過(guò)音頻測(cè)試儀器給板子發(fā)送模擬聲音信號(hào)，左右聲道播放1KHZ 正弦波經(jīng)過(guò)板端放大電路，再經(jīng)過(guò)音頻濾波器回到測(cè)試儀器的方式進(jìn)行音頻的測(cè)試[2]，主要是為了測(cè)試功放這部分電路是否可以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求放大信號(hào)，同時(shí)盡量使得失真的程度降低。同時(shí)整個(gè)測(cè)試方案采用一拖四的測(cè)試方式以提高產(chǎn)線的測(cè)試效率即一臺(tái)電腦控制測(cè)試儀器連接四個(gè)DUT（待測(cè)單板）。

圖2

4 測(cè)試硬件選型

4.1 測(cè)試電腦

電腦選擇的是工業(yè)級(jí)的電腦（IPC），選定研華工控機(jī)作為測(cè)試的電腦型號(hào)：IPC-610MB 工控機(jī)，選擇他的主要原因是它有：Core i7 自動(dòng)化電腦，帶4 個(gè)千兆以太網(wǎng)接口，2 個(gè)小型PCIe，DVI/DP/HDMI 高清接口。另外可外接入Cfast 插槽，內(nèi)建系統(tǒng)狀態(tài)LED 燈指示，支持局域網(wǎng)功能喚醒和啟動(dòng)，支持Power eSATA。它的硬件和軟件系統(tǒng)完美協(xié)調(diào)，整個(gè)產(chǎn)品系列都具有一致的兼容性，可以更好的配合測(cè)試儀器和測(cè)試軟體。

4.2 測(cè)試的直流電源供應(yīng)器

出于穩(wěn)定性和電流輸出平滑的考慮，電源供應(yīng)器要比較穩(wěn)定有一定的抗干擾能力，所有選擇了BK 9205 這一款（圖3），最大的輸出電壓是60V，最大電流25A，最大功率是600W[3]。不像傳統(tǒng)的具有固定輸出額定值的電源，BK 9205 自動(dòng)重新計(jì)算電壓和每個(gè)設(shè)置的電流限制，提供最大任何伏特/安培組合的輸出功率額定電壓和電流限制。這些電源為直接輸入電壓和電流值用方便的光標(biāo)和旋鈕快速增加電壓和電流變化。對(duì)于遠(yuǎn)程控制方面，標(biāo)準(zhǔn)USB，支持SCPI 的RS232 和GPIB 接口命令可用于遠(yuǎn)程控制特征，這個(gè)對(duì)我們通過(guò)IPC 端的軟體直接控制提供了便利。

圖3

4.3 測(cè)試儀器

智能無(wú)線音響Audio SA 測(cè)試過(guò)程：通過(guò)音頻測(cè)試儀發(fā)射聲音信號(hào)（左右聲道各播放1KHZ 正弦波）通過(guò)待測(cè)板子，再經(jīng)過(guò)音頻濾波器后返回音頻測(cè)試儀, 完成整個(gè)回路，從而完成整個(gè)Audio 功能的測(cè)試。為滿足Audio 音頻的測(cè)試需要高穩(wěn)定性和低噪聲的需求，選擇美國(guó)APx586 音頻測(cè)試儀和AUX0100 音頻濾波器。APx586 是一個(gè)真正的多通道音頻分析儀，8 同時(shí)模擬輸出和輸入。它是理想的設(shè)計(jì)和測(cè)試消費(fèi)設(shè)備，如家庭影院接收器或?qū)I(yè)智能無(wú)線音響等都是不錯(cuò)的選擇。它同時(shí)可以添加16 個(gè)同步模擬輸入通道二輸入模塊。Audio 測(cè)試采用同時(shí)多通道音頻分析。一個(gè)真正的多通道分析儀不僅允許更快的測(cè)試，而且還可以完整地顯示設(shè)備的所有輸入和輸出通道的性能。今天，大多數(shù)的音響設(shè)備有兩個(gè)以上的頻道，從六個(gè)頻道（5.1）環(huán)繞立體聲應(yīng)用到16 個(gè)或更多的頻道在許多汽車。測(cè)試多個(gè)通道與雙通道分析儀常規(guī)的解決方案是使用交換機(jī)。這種方法有兩個(gè)主要問(wèn)題。首先，即使在自動(dòng)化的情況下，通道之間的切換也是緩慢的。第二，由于一次只觀察到一個(gè)或兩個(gè)通道，設(shè)計(jì)者和制造商常常忽視通道之間的相互作用?？赡芪从^測(cè)到的問(wèn)題包括：在全功率輸出測(cè)試中信道的輸出凹陷，以及相位和串?dāng)_的相互作用，特別是所有輸出通道相互作用的組合復(fù)雜性[4]。

選擇AUX0100 音頻濾波器，這個(gè)型號(hào)的濾波器很好的可以濾除干擾，把大量的40K Hz 以上信號(hào)/噪聲全部濾掉，這樣會(huì)保證其他的干擾不會(huì)影響到正常的Audio 測(cè)試。

5 測(cè)試開(kāi)發(fā)環(huán)境和測(cè)試項(xiàng)目

一開(kāi)始是基于Perl 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的測(cè)試軟體，使用一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)會(huì)經(jīng)常的卡頓并且在現(xiàn)場(chǎng)的工程師不容易上手Debug（排除故障），并且測(cè)試的時(shí)間也會(huì)長(zhǎng)很多，它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和處理性能通常不是很靈活，后來(lái)改用了基于NI TestStand 和LabVIEW 的開(kāi)發(fā)環(huán)境編寫了新的測(cè)試軟體，用NI Test Stand 測(cè)試管理軟件和LabVIEW 圖形化編程語(yǔ)言構(gòu)建的模塊化測(cè)試軟件架構(gòu)被證證明能夠優(yōu)化測(cè)試系統(tǒng)并降低成本（優(yōu)化后的測(cè)試程式測(cè)試的時(shí)間比之前減少了1/3），結(jié)合本身AP 儀器廠商提供的測(cè)試方案，通過(guò)測(cè)試軟件控制APx586 和APIB 接口操作,將所有Audio in/out 的模擬和數(shù)字信號(hào)通過(guò)DSP 產(chǎn)生和處理，經(jīng)過(guò)待測(cè)板子的功放電路和音頻濾波器回到APx586，其處理的結(jié)果從控制接口顯示出來(lái)，并在測(cè)試軟體通過(guò)可視化的窗口顯示，主要的測(cè)試項(xiàng)目和Spc（規(guī)格）

5.1 輸出通路連接是否OK

5.2 左右聲道電平放大，spc（31.23～32.82 dB）

5.3 左右聲道的頻率響應(yīng) (Frequency Response), 是對(duì)音頻設(shè)備內(nèi)的數(shù)模/ 模數(shù)轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)能力的一個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。(Spec: ＜4.4dB)

5.4 左右聲道的總諧波失真加噪聲(THD+N), THD+N 會(huì)根據(jù)測(cè)量帶寬的不同而發(fā)生變化，所以需要使用高通和低通濾波器來(lái)限制測(cè)量帶寬，并在結(jié)果的部分標(biāo)明測(cè)試時(shí)所使用的實(shí)際帶寬。因?yàn)橐繇懼械脑肼晻?huì)一直存在并且不可消除，我們只能想辦法消除。通常用%或者dB 表示其單位。這里設(shè)定Spc 要小于0.06%。

5.5 左右聲道的信噪比(Signal-to-noise ratio), 噪聲水平的大小往往取決于你的信號(hào)有多大，信噪比(SNR)正是這種設(shè)備性能的具體反映。信噪比越高，音響產(chǎn)品的質(zhì)量越好，智能無(wú)線音響的SNR Spc（108～115dB）

5.6 左右聲道的相位(Phase), 在音頻行業(yè)中，相位測(cè)量指的是以參考波形為基礎(chǔ)來(lái)測(cè)量出周期性波形(如正弦波)在一個(gè)周期內(nèi)的時(shí)間偏移量。Spc（3～5 60Hz-18k Hz）

5.7 左右聲道的串音。在多通道的音頻系統(tǒng)中通常會(huì)發(fā)生一個(gè)通道的信號(hào)以低電平的形式泄漏到另外一個(gè)通道里的情況，這種跨通道泄漏的信號(hào)被稱之為串?dāng)_，其通常表述為泄漏信號(hào)和原始信號(hào)之間的比率，串?dāng)_在實(shí)際設(shè)備中非常難以被消除干凈。(Spec: ＜-60dB)

6 結(jié)論

智能無(wú)線音響的Audio 功放性能的好壞代表著音響的基本性能，Audio 性能指標(biāo)的優(yōu)劣也決定了音響的專業(yè)與否，好的音頻指標(biāo)代表的是高品質(zhì)專業(yè)音頻設(shè)備的基礎(chǔ)條件。本文通過(guò)對(duì)Audio 功放測(cè)試的方案討論，測(cè)試儀器的選擇，測(cè)試項(xiàng)目及Spc的討論為智能無(wú)線音響生產(chǎn)中單板的Audio 部分功放電路的測(cè)試提供了一整套的測(cè)試流程和方案。雖然該測(cè)試方案滿足了音頻功率放大器測(cè)試的基本功能，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還有很多的不足之處，需要不斷的改進(jìn)和完善。比如：

6.1 可以利用機(jī)械手臂實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，真正實(shí)現(xiàn)測(cè)試站無(wú)人值守的全自動(dòng)化生產(chǎn)模式降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

6.2 可以把Audio、CPU 和Power 三個(gè)站別合成一個(gè)站別測(cè)試，因?yàn)樗麄兪褂玫膴A具相同，只需要通過(guò)硬件上的很少改動(dòng)，在軟件上加上CPU 和Power 兩站的功能即可，可以提升測(cè)試的效率，節(jié)省測(cè)試的時(shí)間。