智能無線音響中音頻功率放大器性能的測試方案

侯建路

（英華達(dá)（上海）科技有限公司，上海201114）

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

1 音頻功放電路

能夠為負(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，簡稱功放。音頻功率放大器的基本功能是把前級送來的聲頻信號不失真地加以放大，輸出足夠的功率去驅(qū)動負(fù)載（揚聲器）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能輸出足夠大的功率去驅(qū)動揚聲器等負(fù)載。音頻放大電路在各種音頻設(shè)備上被廣泛使用。在智能無線音響設(shè)計過程中，功放電路的作用是將微小的模擬信號進(jìn)行放大，使得他可以驅(qū)動揚聲器。原理就是利用三極管的放大作用把音頻模擬信號就行放大，使得其可以驅(qū)動一定阻抗的揚聲器[1]。

2 單板測試流程

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

圖1

3 測試框架的構(gòu)建

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

圖2

4 測試硬件選型

4.1 測試電腦

電腦選擇的是工業(yè)級的電腦（IPC），選定研華工控機作為測試的電腦型號：IPC-610MB 工控機，選擇他的主要原因是它有：Core i7 自動化電腦，帶4 個千兆以太網(wǎng)接口，2 個小型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，支持Power eSATA。它的硬件和軟件系統(tǒng)完美協(xié)調(diào)，整個產(chǎn)品系列都具有一致的兼容性，可以更好的配合測試儀器和測試軟體。

4.2 測試的直流電源供應(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 自動重新計算電壓和每個設(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，這個對我們通過IPC 端的軟體直接控制提供了便利。

圖3

4.3 測試儀器

智能無線音響Audio SA 測試過程：通過音頻測試儀發(fā)射聲音信號（左右聲道各播放1KHZ 正弦波）通過待測板子，再經(jīng)過音頻濾波器后返回音頻測試儀, 完成整個回路，從而完成整個Audio 功能的測試。為滿足Audio 音頻的測試需要高穩(wěn)定性和低噪聲的需求，選擇美國APx586 音頻測試儀和AUX0100 音頻濾波器。APx586 是一個真正的多通道音頻分析儀，8 同時模擬輸出和輸入。它是理想的設(shè)計和測試消費設(shè)備，如家庭影院接收器或?qū)I(yè)智能無線音響等都是不錯的選擇。它同時可以添加16 個同步模擬輸入通道二輸入模塊。Audio 測試采用同時多通道音頻分析。一個真正的多通道分析儀不僅允許更快的測試，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)備有兩個以上的頻道，從六個頻道（5.1）環(huán)繞立體聲應(yīng)用到16 個或更多的頻道在許多汽車。測試多個通道與雙通道分析儀常規(guī)的解決方案是使用交換機。這種方法有兩個主要問題。首先，即使在自動化的情況下，通道之間的切換也是緩慢的。第二，由于一次只觀察到一個或兩個通道，設(shè)計者和制造商常常忽視通道之間的相互作用。可能未觀測到的問題包括：在全功率輸出測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，這個型號的濾波器很好的可以濾除干擾，把大量的40K Hz 以上信號/噪聲全部濾掉，這樣會保證其他的干擾不會影響到正常的Audio 測試。

5 測試開發(fā)環(huán)境和測試項目

一開始是基于Perl 語言開發(fā)的測試軟體，使用一段時間后發(fā)現(xiàn)會經(jīng)常的卡頓并且在現(xiàn)場的工程師不容易上手Debug（排除故障），并且測試的時間也會長很多，它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和處理性能通常不是很靈活，后來改用了基于NI TestStand 和LabVIEW 的開發(fā)環(huán)境編寫了新的測試軟體，用NI Test Stand 測試管理軟件和LabVIEW 圖形化編程語言構(gòu)建的模塊化測試軟件架構(gòu)被證證明能夠優(yōu)化測試系統(tǒng)并降低成本（優(yōu)化后的測試程式測試的時間比之前減少了1/3），結(jié)合本身AP 儀器廠商提供的測試方案，通過測試軟件控制APx586 和APIB 接口操作,將所有Audio in/out 的模擬和數(shù)字信號通過DSP 產(chǎn)生和處理，經(jīng)過待測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，并在測試軟體通過可視化的窗口顯示，主要的測試項目和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)能力的一個評價標(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 會根據(jù)測量帶寬的不同而發(fā)生變化，所以需要使用高通和低通濾波器來限制測量帶寬，并在結(jié)果的部分標(biāo)明測試時所使用的實際帶寬。因為音響中的噪聲會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，相位測量指的是以參考波形為基礎(chǔ)來測量出周期性波形(如正弦波)在一個周期內(nèi)的時間偏移量。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)中通常會發(fā)生一個通道的信號以低電平的形式泄漏到另外一個通道里的情況，這種跨通道泄漏的信號被稱之為串?dāng)_，其通常表述為泄漏信號和原始信號之間的比率，串?dāng)_在實際設(shè)備中非常難以被消除干凈。(Spec: ＜-60dB)

6 結(jié)論

智能無線音響的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。本文通過對Audio 功放測試的方案討論，測試儀器的選擇，測試項目及Spc的討論為智能無線音響生產(chǎn)中單板的Audio 部分功放電路的測試提供了一整套的測試流程和方案。雖然該測試方案滿足了音頻功率放大器測試的基本功能，在設(shè)計的過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 可以利用機械手臂實現(xiàn)自動化，真正實現(xiàn)測試站無人值守的全自動化生產(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 三個站別合成一個站別測試，因為他們使用的夾具相同，只需要通過硬件上的很少改動，在軟件上加上CPU 和Power 兩站的功能即可，可以提升測試的效率，節(jié)省測試的時間。