語音芯片在播放音頻時出現(xiàn)電流聲是嵌入式音頻系統(tǒng)開發(fā)中的常見問題，直接影響用戶體驗。廣州唯創(chuàng)電子WT系列語音芯片在智能家居、工業(yè)控制等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，本文將從PWM直推輸出與DAC+功放輸出兩類典型電路架構(gòu)出發(fā)，系統(tǒng)化分析電流聲成因并提供工程級解決方案。

一、PWM直推輸出電路電流聲診斷

1.1 現(xiàn)象特征

高頻"滋滋"聲（8kHz-20kHz）

聲音隨系統(tǒng)負載變化波動

靜音狀態(tài)下仍存在底噪

1.2 核心成因分析

(1) 電源干擾

開關(guān)電源紋波超標：實測案例顯示，當12V轉(zhuǎn)3.3V的DC-DC電源紋波＞80mVpp時，PWM載波被調(diào)制產(chǎn)生可聞噪聲

地回路干擾：數(shù)字地與模擬地單點連接缺失，導致50Hz工頻干擾

(2) 高頻信號串擾

布線耦合：PWM信號線與MCU時鐘線并行距離＞20mm時，耦合噪聲增加15dB

無線模塊干擾：WiFi/BLE射頻信號通過電源網(wǎng)絡(luò)注入，典型頻段2.4GHz諧波干擾

(3) 音頻源質(zhì)量

8bit低采樣率文件量化噪聲

音頻文件含有直流偏移（＞50mV）

1.3 工程解決方案

硬件優(yōu)化

電源改造：增加π型濾波器（10μH+47μF+0.1μF）

PCB設(shè)計：

PWM走線長度＜15mm

模擬地區(qū)域鋪銅加厚至2oz

軟件優(yōu)化

提升PWM載波頻率至250kHz以上（超出人耳范圍）

插入靜音幀消除開關(guān)機爆音

二、DAC+功放輸出電路電流聲治理

2.1 故障特征

低頻"嗡嗡"聲（100Hz-1kHz）

噪聲與音量大小無關(guān)

隨供電電壓降低而加劇

2.2 關(guān)鍵問題定位

(1) 電源紋波失控

線性穩(wěn)壓器(LDO)PSRR不足：測試數(shù)據(jù)顯示，當LM1117在1kHz處PSRR僅60dB時，100mV紋波會導致DAC輸出噪聲增加12%

退耦電容失效：0805封裝的10μF陶瓷電容在高溫老化后容值衰減＞30%

(2) 地線設(shè)計缺陷

星型接地未實現(xiàn)，功放地線回流路徑過長

數(shù)字噪聲通過共用電源污染模擬電路

(3) 外部干擾

電機/PWM調(diào)光器通過電源線傳導干擾

未屏蔽的音頻線拾取空間電磁波

2.3 系統(tǒng)級優(yōu)化方案

電源改造

LDO選型：選用PSRR＞80dB@1kHz的型號（如TPS7A4700）

濾波電路：

plaintext

紋波測量：示波器20MHz帶寬限制下，峰峰值應(yīng)＜10mV

電路設(shè)計規(guī)范

地線分割：使用0Ω電阻橋接數(shù)字地與模擬地

信號隔離：

三、典型案例分析

案例1：智能門鎖語音模塊電流聲

現(xiàn)象：開關(guān)鎖電機時產(chǎn)生"咔咔"干擾聲

診斷：電機啟停導致電源電壓驟降2V

解決：

增加220μF儲能電容

電機電源獨立供電

語音模塊供電增加TVS二極管

案例2：工業(yè)報警器高頻噪聲

現(xiàn)象：環(huán)境溫度＞60℃時出現(xiàn)持續(xù)嘶嘶聲

診斷：LDO熱降額導致PSRR惡化

解決：

更換為汽車級LDO（LT1963AEQ）

增加散熱銅箔（面積≥20×20mm）

四、進階調(diào)試工具與方法

4.1 頻譜分析法

使用手持式頻譜儀（如N9342C）定位噪聲頻點：

50/100Hz：電源工頻干擾

8-20kHz：開關(guān)電源噪聲

隨機寬帶噪聲：接地不良

4.2 熱成像檢測

FLIR E4紅外熱像儀可快速定位過熱元件：

LDO芯片溫升＞40℃提示過載

濾波電容溫度異常預示失效

4.3 信號注入法

通過函數(shù)發(fā)生器注入10mVpp正弦波，逐級測量電路節(jié)點信噪比，定位失真環(huán)節(jié)。

五、預防性設(shè)計規(guī)范

電源分級設(shè)計：

數(shù)字電源與模擬電源獨立穩(wěn)壓

預留π型濾波器焊盤

PCB布局準則：

音頻走線距板邊＞3mm

鋪銅間距≥0.5mm

元件選型：

選用X7R/X5R介質(zhì)電容

金屬膜電阻替代碳膜電阻

通過系統(tǒng)化的電源治理、地線優(yōu)化和EMC設(shè)計，可有效消除WT系列語音芯片的電流聲問題。建議開發(fā)者在原型階段預留不少于20%的降噪設(shè)計余量，量產(chǎn)前進行72小時老化測試。唯創(chuàng)電子提供的WT-NoiseAnalyzer調(diào)試工具，可自動生成噪聲頻譜報告并推薦優(yōu)化方案，助力打造零噪聲語音交互系統(tǒng)。