智能无线音响中音频功率放大器性能的测试方案

侯建路

（英华达（上海）科技有限公司，上海201114）

在智能无线音响的的生产制造过程中，单板的Audio 功放性能测试一直是一项非常重要和基础的测试，Audio 部分的功放电路性能的好坏对音响的品质有着至关重要的作用，本文对智能无线音响生产过程中Audio 功放的测试过程展开讨论，主要包括：音频功放电路介绍，整个测试的流程框架，电源供应器，测试仪器，测试软体，测试项目和Spc（规格）等。

1 音频功放电路

能够为负载提供足够大的功率放大倍数的电路称之为功率放大电路，简称功放。音频功率放大器的基本功能是把前级送来的声频信号不失真地加以放大，输出足够的功率去驱动负载（扬声器）发出优美的声音。在音频电路中，往往要求放大电路的输出级能输出足够大的功率去驱动扬声器等负载。音频放大电路在各种音频设备上被广泛使用。在智能无线音响设计过程中，功放电路的作用是将微小的模拟信号进行放大，使得他可以驱动扬声器。原理就是利用三极管的放大作用把音频模拟信号就行放大，使得其可以驱动一定阻抗的扬声器[1]。

2 单板测试流程

整个单板的性能测试主要包括：主板、Power（电源）板和SCI（触摸灵敏度）板的ICT（集成电路测试）测试，CPU（中央处理器）和Audio（音频功率放大电路）测试，RF（射频）校准测试，Power（电源电路）测试，接着是整机组装和测试，如图1。这里的SA Test 代表单板组装（Sub-Assembly）。我们主要针对Audio-SA 功放电路性能测试的方案进行阐述。

图1

3 测试框架的构建

Audio 功放整体的测试分析系统框图（图2），通过音频测试仪器给板子发送模拟声音信号，左右声道播放1KHZ 正弦波经过板端放大电路，再经过音频滤波器回到测试仪器的方式进行音频的测试[2]，主要是为了测试功放这部分电路是否可以达到设计的要求放大信号，同时尽量使得失真的程度降低。同时整个测试方案采用一拖四的测试方式以提高产线的测试效率即一台电脑控制测试仪器连接四个DUT（待测单板）。

图2

4 测试硬件选型

4.1 测试电脑

电脑选择的是工业级的电脑（IPC），选定研华工控机作为测试的电脑型号：IPC-610MB 工控机，选择他的主要原因是它有：Core i7 自动化电脑，带4 个千兆以太网接口，2 个小型PCIe，DVI/DP/HDMI 高清接口。另外可外接入Cfast 插槽，内建系统状态LED 灯指示，支持局域网功能唤醒和启动，支持Power eSATA。它的硬件和软件系统完美协调，整个产品系列都具有一致的兼容性，可以更好的配合测试仪器和测试软体。

4.2 测试的直流电源供应器

出于稳定性和电流输出平滑的考虑，电源供应器要比较稳定有一定的抗干扰能力，所有选择了BK 9205 这一款（图3），最大的输出电压是60V，最大电流25A，最大功率是600W[3]。不像传统的具有固定输出额定值的电源，BK 9205 自动重新计算电压和每个设置的电流限制，提供最大任何伏特/安培组合的输出功率额定电压和电流限制。这些电源为直接输入电压和电流值用方便的光标和旋钮快速增加电压和电流变化。对于远程控制方面，标准USB，支持SCPI 的RS232 和GPIB 接口命令可用于远程控制特征，这个对我们通过IPC 端的软体直接控制提供了便利。

图3

4.3 测试仪器

智能无线音响Audio SA 测试过程：通过音频测试仪发射声音信号（左右声道各播放1KHZ 正弦波）通过待测板子，再经过音频滤波器后返回音频测试仪, 完成整个回路，从而完成整个Audio 功能的测试。为满足Audio 音频的测试需要高稳定性和低噪声的需求，选择美国APx586 音频测试仪和AUX0100 音频滤波器。APx586 是一个真正的多通道音频分析仪，8 同时模拟输出和输入。它是理想的设计和测试消费设备，如家庭影院接收器或专业智能无线音响等都是不错的选择。它同时可以添加16 个同步模拟输入通道二输入模块。Audio 测试采用同时多通道音频分析。一个真正的多通道分析仪不仅允许更快的测试，而且还可以完整地显示设备的所有输入和输出通道的性能。今天，大多数的音响设备有两个以上的频道，从六个频道（5.1）环绕立体声应用到16 个或更多的频道在许多汽车。测试多个通道与双通道分析仪常规的解决方案是使用交换机。这种方法有两个主要问题。首先，即使在自动化的情况下，通道之间的切换也是缓慢的。第二，由于一次只观察到一个或两个通道，设计者和制造商常常忽视通道之间的相互作用。可能未观测到的问题包括：在全功率输出测试中信道的输出凹陷，以及相位和串扰的相互作用，特别是所有输出通道相互作用的组合复杂性[4]。

选择AUX0100 音频滤波器，这个型号的滤波器很好的可以滤除干扰，把大量的40K Hz 以上信号/噪声全部滤掉，这样会保证其他的干扰不会影响到正常的Audio 测试。

5 测试开发环境和测试项目

一开始是基于Perl 语言开发的测试软体，使用一段时间后发现会经常的卡顿并且在现场的工程师不容易上手Debug（排除故障），并且测试的时间也会长很多，它数据结构和处理性能通常不是很灵活，后来改用了基于NI TestStand 和LabVIEW 的开发环境编写了新的测试软体，用NI Test Stand 测试管理软件和LabVIEW 图形化编程语言构建的模块化测试软件架构被证证明能够优化测试系统并降低成本（优化后的测试程式测试的时间比之前减少了1/3），结合本身AP 仪器厂商提供的测试方案，通过测试软件控制APx586 和APIB 接口操作,将所有Audio in/out 的模拟和数字信号通过DSP 产生和处理，经过待测板子的功放电路和音频滤波器回到APx586，其处理的结果从控制接口显示出来，并在测试软体通过可视化的窗口显示，主要的测试项目和Spc（规格）

5.1 输出通路连接是否OK

5.2 左右声道电平放大，spc（31.23～32.82 dB）

5.3 左右声道的频率响应 (Frequency Response), 是对音频设备内的数模/ 模数转换器频率响应能力的一个评价标准。(Spec: ＜4.4dB)

5.4 左右声道的总谐波失真加噪声(THD+N), THD+N 会根据测量带宽的不同而发生变化，所以需要使用高通和低通滤波器来限制测量带宽，并在结果的部分标明测试时所使用的实际带宽。因为音响中的噪声会一直存在并且不可消除，我们只能想办法消除。通常用%或者dB 表示其单位。这里设定Spc 要小于0.06%。

5.5 左右声道的信噪比(Signal-to-noise ratio), 噪声水平的大小往往取决于你的信号有多大，信噪比(SNR)正是这种设备性能的具体反映。信噪比越高，音响产品的质量越好，智能无线音响的SNR Spc（108～115dB）

5.6 左右声道的相位(Phase), 在音频行业中，相位测量指的是以参考波形为基础来测量出周期性波形(如正弦波)在一个周期内的时间偏移量。Spc（3～5 60Hz-18k Hz）

5.7 左右声道的串音。在多通道的音频系统中通常会发生一个通道的信号以低电平的形式泄漏到另外一个通道里的情况，这种跨通道泄漏的信号被称之为串扰，其通常表述为泄漏信号和原始信号之间的比率，串扰在实际设备中非常难以被消除干净。(Spec: ＜-60dB)

6 结论

智能无线音响的Audio 功放性能的好坏代表着音响的基本性能，Audio 性能指标的优劣也决定了音响的专业与否，好的音频指标代表的是高品质专业音频设备的基础条件。本文通过对Audio 功放测试的方案讨论，测试仪器的选择，测试项目及Spc的讨论为智能无线音响生产中单板的Audio 部分功放电路的测试提供了一整套的测试流程和方案。虽然该测试方案满足了音频功率放大器测试的基本功能，在设计的过程中还有很多的不足之处，需要不断的改进和完善。比如：

6.1 可以利用机械手臂实现自动化，真正实现测试站无人值守的全自动化生产模式降低生产成本，提高生产效率。

6.2 可以把Audio、CPU 和Power 三个站别合成一个站别测试，因为他们使用的夹具相同，只需要通过硬件上的很少改动，在软件上加上CPU 和Power 两站的功能即可，可以提升测试的效率，节省测试的时间。