2014TI杯（D题）带啸叫检测与抑制的音频功率放大器

为了能够在2018年的TI杯电子设计竞赛中获得个好成绩，也为了多学些知识，我和我的团队选了2014年TI杯大学生电子设计竞赛的D 题来训练：带啸叫检测与抑制的音频功率放大器。

第一眼看到这个题目时，感觉难度似乎不大，前几问都是做个音频功率放大器，无非是指定了芯片，要求功率程序可调，这个挺容易实现的啊，用数字电位器就可以很方便的解决的啊。

后面啸叫的检测部分。了解到，啸叫是因为声场的作用，导致输出反馈进入输入，使得某一个频率的信号呈现增幅震荡，经喇叭放大形成了啸叫。既然是单频信号，就会有很多的方法可以检测到这个频率，比如：使用一个单限比较器，当出现啸叫时，单频信号幅度足够大，达到了比较器的阈值电平，就会被整形成方波，送入单片机就可以测出频率值。还可以使用数字的方法，将音频信号放大、抬高之后送给单片机的ADC单元、之后对采集到的离散的电压信号做傅里叶变换，这样就可以得到这一段信号的频谱，找出频谱中幅度最大的那个点，对应的频率就是啸叫频率。

得到频率后，显示出来。之后就是抑制了，我们计划了以下几种方案：首先就是使用专用的程控滤波芯片MAX262，软件设置滤波中心频率、Q值和滤波器类型，但现成的模块比较贵，康威科技做的一块就要188。然后想到了使用数字滤波的方法，这多省事，滤波电路都不用搭，而且ARM已经提供了FIR和IIR滤波的函数，只要调用就可以了。最后还有一种纯模拟的方法，就是移频电路，将信号的频谱搬移几个Hz，再与原信号相加，这样就可以破坏原始信号的相位特征，使得反馈回路建立不起来，从而抑制啸叫。测量输出功率使用有效值检测模块，方案大体就是这样，接下来就是在做的时候出了好多问题。

以下内容更新于2018/07/25日

大概一个月之前写的上面的内容，现在电赛已经做完了，有时间来完善一下了，但是当时好多的细节都已经有点不清晰了。

制作功放的时候，要求了使用TPA3112这个功放芯片，于是就淘了几片，设计电路是让一个队友来做的，他也是刚刚入门，就焊过几个放大器啊比较器之类的基础电路，自主设计还没怎么做过。我让他仔细看看数据手册，再在网上找一找有没有好的电路解决方案，最终选定了TI手册中给出的那个典型电路图：

根据这个电路图焊出了个洞洞板电路，加上了输入信号，但是输出信号的功率一直上不去，好像是到了5W的时候就没有波形了，然后重新上电才会再出来，看了看手册，应该是芯片的自我保护模式，但一直不知道为什么会进入自我保护模式，说的明明是可以达到25W的，然后我们加大了供电电压，不幸的是芯片一下子就烧了，特别的烫。

没办法，按照手册上说的，供电电压是可以达到26V的。我18V就把它烧了（至今仍然不知为什么），为了验证是不是电压太大把它烧了，我们又卖了几个芯片实验，又在网上查找论文，但所有的论文里面的电路都是一样的这一个典型电路，就像是所有的假芯片都被我买到了一样，所以……最后……终于发现不了什么原因，但为了可以使用，我们只能把供电电压限制在一个安全水平。

之后是啸叫的检测，考虑到了啸叫频率可能会有多个，而且为了不受到音频信号的干扰，我们没有使用比较器通过测方波频率的方法来检测啸叫频率，而是使用了AD采集4096个点，将信号做4096点的实数FFT运算，得到频谱，进而确定啸叫频率的。

得到了啸叫的频率，然后就是啸叫的抑制，我们首先是尝试了数字滤波方法，使用IIR滤波，单片机先采集一段信号，然后做个傅里叶变换测出来啸叫频率，然后使用对应的参数进行IIR滤波，这个参数是使用Matlab提前生成的，需要生成许多的数据，因为啸叫的频率在变化，只能先建立一个离线的很大的系数表，得到频率后就去查找，得到对应的系数数组，进行IIR滤波。我们使用的是NUCLEO-F767的板子，F7具有双精度的浮点运算单元，计算FFT啊或者IIR啊还是很快的，测试的时间是小于4个毫秒，但是问题是采集一段波形需要时间，FFT和IIR只能对一个数组里的数进行操作，不能动态的对数据进行处理，这就导致了很大的延迟，计算了一下，大概会有50ms的延时，播放音乐时已经可以分辨出了，而且不知为什么输出的声音信号有很大的噪声，特别不清晰。最终我们放弃了这个方法；

改成了使用程控滤波器MAX262，我们买了芯片，自己动手开始焊接，根据手册……结合康威科技……做了个电路，程序也写了写，发现效果还真的好，而且使用方便，直接软件修改中心频率和Q值就可以。

……吃了个饭……回来再测芯片就烧了，特别烫，不知道为啥，换了一个，加上电压，发现输出电流也不大，但是芯片发烫，很烫，又烧……这是怎么回事，一瞬间烧了两个芯片了……50多块钱啊。

不知为什么，然后自己比较了一下我的电路和别人的电路的区别，发现只有电源供应处，我比他少了两个二极管！！！难道真的是因为电压高，手册里写的±5V的供电范围啊，没办法，只好是又加上了两个二极管，发现终于不烧了，真开心

然后就基本没有什么特别难的地方的，有个有效值检测电路，我们也自己做了一个，用的是有效值检测芯片AD736，效果还可以。

整体调试还算顺利，可以抑制啸叫，效果不错，最后附上一张整个系统的照片：

2018/07/25/23:46

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