蓝牙音箱的电路设计*

王又可，冀保峰

(河南科技大学信息工程学院，河南 洛阳 471023)

0 引言

蓝牙技术是一种无线通信技术，使得现代一些易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上网，支持各种移动设备相互进行短距离无线通信。利用蓝牙技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与Internet之间的通信，从而使现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。

近几年来，随着电子行业的发展，蓝牙技术的应用越来越广泛，其具有低廉的成本，容量大，距离较短的特点，并且通过蓝牙技术实现信息的交流和设备控制，现在许多电子设备都采用了蓝牙技术，它不单单嵌入于电脑，手机，MP3等电子产品，还应用于音响，耳机，鼠标，键盘等许多小型电子设备中，尤其是鼠标和键盘近几年应用非常广泛，所以市场需求也是很庞大的。现在我们使用的众多电子设备都是采用无线传输通信的，拥有自己独特的优势，并且以这种优势生存了下来，并得到了相应的发展。

蓝牙音箱具有独特的优点：安全性相对较好，设备受干扰相对较低；应用广泛，系统使用操作简便[1]。

1 系统设计结构

本课题在设计时选用了XS3868M-S这一蓝牙立体声音频模块，其内部主控芯片为OVC386立体声蓝牙模块模组，选用PAM8403芯片作为本设计电路的功率放大器。XS3868M-S是一个集成度非常高，成本低廉，功耗较低的蓝牙模块，选取PAM8403芯片主要原因是它具有较低的谐波失真影响，噪声串扰比较少。由PAM8403芯片的外围电路共同连接成的蓝牙音箱设计电路，设计原理图，根据电路图进行PCB设计，再通过合理的布局，布线，调试，测试等过程，最终制成蓝牙音箱成品。通过蓝牙模块与手机连接成功就可播放手机上面的音乐，从而实现蓝牙音箱成功放大信号，播放音乐的功能[2]。

图1 系统设计框图

2 相关理论分析

2.1 主要芯片参数指标

2.1.1 OVC3860蓝牙主控芯片

本项目需要在音箱中安装蓝牙模块，才能实现蓝牙功能。项目使用了XS3868蓝牙立体声音频模块，其主控芯片为OVC3860立体声蓝牙模块模组。OVC3860原理图如图2所示。OVC3860模块是深圳博陆科电子专为蓝牙音箱产品研发设计的高质量蓝牙音频模块。其具有集成度高、体积小、音质好、性价比高等特点，只需配备少许的外围元件就能实现其强大功能。

图2 蓝牙主控芯片原理图

2.1.2 PAM8403功放芯片

功放芯片采用PAM8403功放芯片。PAM8403是一颗输出功率为3 W的D类音频功率放大器IC，它具有谐波失真低，噪声串扰小的特点，使其声音重放时可以有较好的音质。采用新型无耦合输出及无低通滤波电路架构，使其可直接驱动喇叭降低整个方案成本及PCB空间的占用[3]。在相同的外围元器件个数下，D类功放IC，PAM8403芯片比甲类功放的效率要好得多，这样就延长了电池的续航力，是便携式设备(如笔记本电脑等)的理想选择。

2.1.3 MP2617A电源芯片

本项目采用电压转换芯片将USB的5 V输入电压降到3.3 V给蓝牙模组电路进行供电；其次是锂电池供电，采用MP2617A电源芯片作为本设计的芯片。由于电池的输出电压为3.8 V，需要升压芯片将电池的3.8 V电压升到5 V，完成电源部分。降压芯片LP3986原理如图3所示。

图3 LP3986芯片原理图

MP2617是一个智能电池管理芯片，内置一个Buck同步降压电路，所以设计时外部省掉一个续流二极管。MP2617输出时优先满足负载的电流需要，然后额外的电流可以对锂电池进行充电。如果负载的电流需求过大，MP2617会切换内部MOS开关，使得锂电池可以给负载补充电流，以满足负载电流需求。

2.2 外围电路分析

2.2.1 按键输入电路

按键电路主要是通过按压改变电平的高低来触发相对应的中断机制，从而实现所需的功能。用户按下按键时，系统会将检测到的电压值传送给MCU。MCU会通过该值判断用户按下的是哪个键，从而执行与之相对应的操作，如图4所示。

图4 按键输入电路

2.2.2 USB输入接口

给蓝牙音箱充电需要用到USB接口，电路如图5所示。

图5 USB输入接口电路

3 电气性能测试

3.1 功率测试

当音量调到最大，频率选择1 kHz，输入电平最大时候的输出功率，此音箱的最大额定输出功率为3 W。

3.2 失真测试

该音箱当输出功率为1 W，音量调到最大时刻的失真度，此时的失真度为0.8%，没有超过1%。一般情况下功率失真度在1%-10%之间，此时的1%失真表明了此次设计的音箱的电气性能是合格的。

3.3 蓝牙天线测试

回波损耗：小于-10 dB；匹配阻抗：接近50 Ω；驻波比：驻波比实际是反射波和入射波在馈线上形成的，驻波比值为1到无穷大，理想情况下是1，表示完全匹配。驻波比越小表示匹配越好，无穷大表示全反射，一般驻波比要求小于2。

4 系统功能实现

4.1 原理图设计

根据对各模块需求的了解设计电路，在Altium Designer软件中先确定版图大小，再根据各模块的电路原理图进行设计，最后得出一个高性能的电路图[4]。

4.2 PCB图设计与调整

根据电路图进行PCB的布局与布线，接着再检查后稍作调整，最后对使用到的元器件进行封装或自行设计。布线时必须注意不能用直角，要保证电路板的电气性能，防止高频信号对电路产生辐射影响。

4.3 元器件焊接调试

将打好的板子对照PCB图进行电路元器件焊接，之后进行简单的性能测试。焊接时必须注意不能将正负极焊反，必须保证没有虚焊，以保证完整实现系统功能。简单用万用表检查电路是否导通，连接蓝牙看是否能实现系统功能。

5 实际功能测试

完成上述步骤后，经实际测试，音箱可以实现配对蓝牙、播放音乐等功能，并且具有连接速度快、音质清脆等特点。说明本系统研究蓝牙音箱可以成功实现其功能。

6 结语

本项目主要内容是在了解蓝牙技术之后，基于高集成、成本低廉、功耗低的XS3868M-S蓝牙立体音频模块设计出具有蓝牙功能的音箱。音箱可以通过蓝牙与移动设备连接，从而实现信号的放大。