可抑制啸叫的音频功放李瑞彪,高安琪,付丽嘉(哈尔滨工程大学水声工程学院，黑龙江哈尔滨 150001）摘要：声反馈现象普遍存在于各种领域的音频系统中，由于产生的啸叫会对用户的正常使用造成极大的困扰，传统的啸检测与抑制功率放大器面临着巨大的挑战。
因此该系统着力实现一种新型带啸叫检测与抑制的音频功率放大器，该系统主要由拾音模块、放大模块、射随模块、DAC衰减模块、滤波器模块、显示模块、AY-TPA3112D1音频功放以及主控模块组成。
主控模块采用msp430F149单片机作为微控制器，利用测频原理实现啸叫检测，通过自适应滤波抑制啸叫。
衰减模块以可编程DAC8043作为衰减电路的核心，其余模块主要由音频专用芯片NE5532、OP07、LM358来完成。
本系统能够对频率在为200HZ-10kHZ的音频信号进行放大之间清晰的输出音频，可以准确的进行啸叫检测并在啸叫频点进行有效的抑制。
该作品多次论证设计方案，包括芯片选型、电路设计、PCB板布局、数字自适应滤波器算法的精简等，较为出色的完成了系统的各项指标。
最后，从整体上分析，该作品能进行预置和控制，具有稳定、经济、功耗低等特点，是理想的带啸叫检测和抑制的音频功率放大器。
关键词：音频功率放大器；啸叫检测；DAC衰减；自适应滤波器Inhibit Whistle Audio AmplifierLI Rui-biao, GAO An-qi, FU Li-jia（College of Underwater Acoustic Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)Abstract: Acoustic feedback is widespread in various fields of audio system, due to be generated by the user's normal use howling cause great distress, traditional tsunami detection and suppression PA faces enormous challenges. Therefore, the implementation of a new system with a focus on howling detection and suppression of audio power amplifier, the system consists of pickup module, amplifier module, shooting with the module, DAC attenuation module, filter module, display module, AY-TPA3112D1 audio amplifier and the master module. Master module using msp430F149 microcontroller as a microcontroller, using frequency measurement principle to achieve howling detection, suppression howling through adaptive filtering. Programmable attenuator module as the core attenuation circuit DAC8043, the remaining modules mainly by dedicated audio chip NE5532, OP07, LM358 to complete.This system is capable of frequency 200HZ-10kHZ clear audio signal between the output of the audio amplification, can accurately be howling and howling frequency detection effectively suppressed. This work has demonstrated the design, including chip selection, circuit design, PCB board layout, streamlined digital adaptive filter algorithm, etc., the more indicators completed a remarkable system. Finally, the whole analysis, the work can be preset and control, with a stable economy, low power consumption and is ideal with howling detection and suppression of audio power amplifier. .Key words: audio power amplifier; howling detection; DAC attenuation; adaptive filter1 设计任务及要求分析1．1 要求概述1.1.1 基本要求作品来源：2014黑龙江电子设计大赛三等奖作者简介：李瑞彪(1991-),男,2011级,电子信息工程专业指导教师：刘淞佐(1985-),男,讲师,水声工程学院基于TI的功率放大器芯片TPA3112D1，设计并制作一个带啸叫检测与抑制功能的音频放大器，完成对台式麦克风音频信号进行放大，通过功率放大电路送喇叭输出，如图所示图中设计示意图包括两部分：音频功放和啸叫检测与抑制，其中音频功放部分组要实现波形的最大不失真功率放大输出，频率响应范围在200Hz ~ 10kHz ，可程控设置功率放大器的输出功率范围为50mW ～5W ，在功率放大器输出功率为5W 时，电路整体效率≥80%。
另外，将台式麦克风与喇叭相隔1m 背靠背放置，使用电脑播放音乐作为音频信号源。
音频功率放大器能通过麦克风采集信号，经功率放大电路送喇叭输出，输出的音频信号清晰。
1.1.2发挥部分主要设计并制作啸叫检测电路和啸叫抑制电路，完善音频功率放大器。
啸叫检测电路能实时监测所产生啸叫，并计算啸叫的频率。
实时显示啸叫频率和相应的功率放大器输出功率，启动啸叫抑制电路音频功率放大器应能有效抑制啸叫，并正常播放音频信号。
进一步改进啸叫抑制电路。
在保障无啸叫的前提下，尽量提高音频功率放大器的输出功率；如果输出功率达到5W 功率，啸叫抑制电路仍 能正常工作，可以进一步缩短面对面放置的麦克风 与喇叭之间的距离。
2．1 任务分析 2.1.1 设计难点1)功率放大器的最大不失真输出功率为5W ，此时电路整体效率≥80%；2)啸叫检测与啸叫功率和啸叫频率的实时显示；3)啸叫抑制。
2.2.1 关键指标参数1)在输入音频信号有效值为20mV 时，功率放大器的最大不失真功率为5W ，频率响应范围为200Hz ～10kHz ，误差小于10％；可以程控设置功率放大器的输出功率范围为50mW ～5W ；2)在功率放大器输出功率为5W 时，电路整体效率≥80%；3)将台式麦克风与喇叭相隔1m 背靠背放置，使用电脑播放音乐作为音频信号源。
经功率放大电路送喇叭输出音频信号清晰； 4)啸叫检测电路能实时监测所产生啸叫实时显示啸叫频率和相应的功率放大器输出功率；启动啸叫抑制电路音频功率放大器应能有效抑制啸叫，并正常播放音频信号；5)在保障无啸叫的前提下，尽量提高音频功率放大器的输出功率；如果输出功率达到5W ，啸叫抑制电路仍能正常工作，可以进一步缩短面对面放置的麦克风与喇叭之间的距离。
2 设计方案论证2.1 主要模块方案论证与选择 2.1.1 音频功放模块音频功率放大器以TI 公司生产的TPA3112D1芯片为核心，其是一款具有SpeakerGuard 的25W 单声道、无需外加滤波器的D 类音频放大器，主要运用在电视和消费类音频设备中。
该芯片供电范围为8V-26V,供电电源电压较广；采用H 桥作为功率输出级，使得其可在输出没有传统的LC 滤波器的情况下直接驱动感幸负载；输入的音频信号可以是差分形式，其中在24V 供电情况下，满负载驱动8欧姆的桥接式 扬声器，声音失真率仅为0.1%，所以此芯片指标可以大大满足系统的设计要求，完成系啸叫检测啸叫抑制拾音电路接信号源功率放大电路ABK1K2D CR L 8V o图1 系统设计框图统的技术指标设计。
2.1.2 电压放大器模块固定电压增益模块主要考虑其噪声性能、增益带宽积以及以及功耗要求，综合考虑，这里选用NE5532作为固定电压增益的主芯片，以NE5532设计10倍与5倍的固定增益放大模块，其内部包含双运放，等效输入噪声电压5nV/√Hz，单位增益带宽：10MHz，压摆率:9V/uS ，输入失调电压:0.5mV，共模抑制比为100 dB，高直流电压增益：100 V/ mV，且电路结构实现简单，价格低廉，容易操作，基本可以满足题目要求。
2.1.3 程控模块方案一：利用VCA810制作程控放大器VCA810是直流耦合，宽带，连续可变电压控制增益放大器。
它提供了差分输入单端输出转换，用来改变高阻抗的增益控制输入超过- 40DB增益至+40 dB的范围内成dB/ V的线性变化。
从±5V电源工作，调整为VCA810的增益控制电压在0V输入- 40DB增益在-2V输入到+40 dB。
增加地面以上的控制电压将衰减超过80dB的信号路径。
但是，在具体实现上，VCA810的增益控制输入电压必须得由单片机通过DAC输出才能精确度控制电压放大倍数，系统实现起来较为复杂，不易控制且成本较高。
方案二：利用VCA821制作程控放大器VCA821是宽带，连续可变电压控制增益放大器，VCA821是直流耦合，它亦提供了差分输入单端输出转换，用来改变高阻抗的增益控制，可以以±5V电源工作，调整为VCA821的增益控制电压在-1V输入到+1V输入，增益范围+40 dB。
但是，在具体实现上，VCA821的增益控制输入电压必须得由单片机通过DAC输出才能精确度控制电压放大倍数，且需要正负电压，其系统实现起来更为复杂，不易控制且成本较高。
方案三：利用DAC8043制作衰减器DAC8043是一款真12位精度(±1/2 LSB)电流输出数模转换器，采用紧凑型8引脚封装。