摘要：本文简要的介绍了车载功放系统噪声机理，对车载功放在实车测试中产生的噪声问题加以分析说明，并提出改善方案。

【关键词】车载功放；噪声；噪声源；噪声测试

Abstract: This paper introduced the voice of car amplifier system. It analyzed the noise problem of car amplifier in the real car test, and took improvable projects.

【Key words】car amplifier; noise; noise source;

1. 前言

本底噪声，顾名思义，也称为背景噪声，是指电声系统中除有用信号以外的总噪声，包括音响设备噪声和放音环境噪声两部分，过强的本底噪声，不仅会使人烦躁，还会淹没声音中较弱的细节部分，使声音的信噪比和动态范围减小，再现声音质量受到破坏。

车载功放电路中的放大电路是一种弱电系统，具有很高的灵敏度，很容易接受外界和内部一些无规则信号的影响。也就是当功放电路的输入端短路时，输出端仍然有杂乱无规则的电压输出，这就是放大电路的噪声或干扰电压。如果这些噪声和干扰的大小可以和有用信号相比较时，那么在功放电路的输出端有用信号将被淹没，或者有用信号分量和噪声干扰分量将难以分辨而妨碍了对有用信号的观察和测量。因此，噪声和干扰在高灵敏度功放电路中就成为严重的问题。

由于汽车环境对于具有高灵敏度的功放来说，是非常恶劣的，故而汽车音响系统的噪声问题是非常复杂的。现就车载功放噪声问题进行讨论分析。

2 车载功放噪声分类

2.1 车载功放噪声分类

车载功放的本底噪声主要分为外部干扰噪声和内部噪声。

2.2 外部干扰噪声

外部干扰噪声可以从以下途径侵入车载功放系统：一是侵入电源线；二是通过地线的电流；三是侵入音频输入线；四是侵入音频输出线；五是用电器的干扰（电喇叭、电动机、点火线圈等）。

在解决干扰噪声问题之时，首先应该从消除噪声源，如果无法消除噪声源，则在功放电路设计上进行抑制。在此我们就不讨论消除噪声源的方法，只讨论车载功放系统抑制噪声的方法。

电源线噪声抑制，电源线上侵入交流信号，可引起干扰噪声，为有效地消除电源线产生的噪声，在功放电源上加上LC滤波器，LC滤波器对交流成分有抑制作用。

对信号线传入噪声的抑制，信号线与地线之间的噪声信号是共模信号，可在功放音频输入端引入差分滤波器，以抑制共模信号。

地线噪声抑制，地线噪声干扰与信号线噪声干扰组成一组共模信号，所以地线噪声抑制与信号线传入噪声抑制的方法是一样的，在功放音频输入端引入差分滤波器。也可用磁珠隔离以抑制地线上传入的交流信号。另外，功放电源地应与车身绝缘，这样电源地就不会受到整车地的干扰了。

2.3 内部噪声

内部噪声是车载功放中各元器件内部载流子运动的不规则造成的，主要是由电路中的电阻热噪声和BJT（或FET）内部噪声所形成，它实际上是杂乱的无规则的变化电压或电流。此白噪声不容易解决，也无法消除，只能想办法将该噪音降低，以满足信噪比要求。

减小功放内部噪声，可以从以下几个方面着手：

①所有电流性的噪声都流经信号源电阻成为噪声电压，所以减小信号源电阻是可以减小功放的内部噪声。

②电路的响应带宽设置为必需的最小限度；

③减小电阻器等零件发出的噪声；

④研究系统整体的噪声和放大倍数的分配。

3 实车测试噪声问题

3.1 问题描述

S6汽车在未点火状态下启动多媒体系统，音响系统无干扰噪声发出，在点火启动汽车后，怠速情况下，汽车各个扬声器都有类似于“嗒嗒嗒”的噪声发出。踩油门时，“嗒嗒嗒”的噪声频率加快。

3.2 噪声来源

根据噪声产生情况，在汽车后启动时，无噪声，而启动汽车后，开始有噪声发生，说明噪声源是汽车在上ON档电后才开始工作的电器产生的。另外，踩油门时，噪声频率随着发动机转速在加快，说明噪声有发动机的工作有关，发动机的转速与点火线圈的点火次数是相关的，检查点火线圈，发现点火线圈的正极没有安装对地的电容，点火线圈的点火时产生高压信号，易对周围的电器线束产生干扰信号。

在点火线圈正极对地接入一个大小的0.5uF/400V的电容后，整车噪声消除。说明该噪声来源为点火线圈。

为后续减少这类干扰情况的发生，对整车音响系统各路信号进行采集，以找点火线圈干扰信号侵入汽车音响系统的途径，并通过修改功放以增强功放的抗干扰能力。

多媒体主机电源端电压有纹波电压，最大纹波电压17.7V，最小纹波电压10.8V，峰-峰值电压6.9V，如图1：

图1. 多媒体主机电源端信号

车载功放的电源端有很强的纹波电压，最大纹波电压17.9V，最小纹波电压8.8V，峰-峰值电压9.1V，如图2：

图2. 功放电源端信号

多媒体主机输出到车载功放的音频传输线上有干扰信号，最大纹波电压1.76V，最小纹波电压-1.3V，峰-峰值电压3.06V，如图3。该信号经过功放放大后输出到扬声器，形成明显的噪声。

图3. 音频传输线上的信号

根据以上数据分析推断，点火线圈点火信号通过两种途径进入到汽车音响系统，如图4所示。

① 干扰噪声信号通过DVD电源线侵入到DVD电源，由于多媒体的电源抑制比比较小，及内部DSP对音频信号的衰减作用，多媒体系统对噪声的影响很小。在DVD主机内无法消除该干扰信号，再传入到功放，功放将其连同音频信号放大后传输到扬声器，造成该噪声声压达到人耳可听范围。

② 功放的安装位置位于后备箱，功放与主机之间的音频传输线比较长，干扰噪声信号通过长线束耦合进入音频传输线，功放将其识别为正常声音信号进行放大输出到扬声器。

图4.音响系统连接原理图

3.4 解决方案

一、直接从干扰信号来源处解决，增加点火线圈正极对地电容器，以减小干扰源。电容量根据实际干扰信号来定，一般取0.5uF/400V的容量。也可以用加大阻尼电阻的方法，抑制火花噪音，方法是用1兆欧电阻串接在点火线圈输出主高压线之中，减小干扰。

二、电感具有抑制电流变化的作用，它能在一定时间内抑制电流的变化，固而在功放电源输入端串联一个大电感，能对电源线上的噪声干扰起到抑制作用。

电感与电容组成л型L-C滤波电路如图5，对于交流成分而言，L1的感抗与C2的容抗构成分压衰减电路，对交流成分有很大的衰减作用。

图5. л型L-C滤波电路

三、由于该干扰信号为共模信号，在功放音频输入端接入差分低通滤波电路，以抑制音频信号线上的高频噪声干扰及共模干扰信号，如图6所示，利用运算放大器，设计了多路反馈型差分有源二阶低通滤波器。

图6. 差分低通滤波电路

图7. 电压跟随器

如图7所示，虚地为VCC/2，VCC/2以两个10K电阻对VCC进行分压，电压跟随器具有高阻抗输入，低阻抗输出的特点，将VCC/2通过电压跟随器后接入运放电路，减小VCC/2虚地对运放的影响。

图6所示电路的电压增益为

AUp = - R6/R1

二阶低通滤波器的传递函数为

频率响应为

式中

取R3 = R4 = R6 = 10k，C6 = 330pF，C3 = 330pF，代入以上各式得

Q = 0.6，f0 = 87KHz

仿真得到该电路的幅频响应曲线如下。

图8. 差分低通滤波电路的幅频响应

四、调整放大倍数的分配。

音响系统中，增大DVD输出音频信号的幅度，减小功放的放大倍数。如图所示，调整DVD输出音频信号放大5倍，而功放放大4倍，则音频传输线上的干扰信号通过功放只被放大4倍输出到扬声器，人耳听到的噪声衰减了5倍。

图9

调整功放内部放大倍数分配，则可有效的减小由运放内部噪声传到功放IC的噪声。

如下图所示：

图10

4. 结论

噪声问题是汽车音响故障中，原因最多和较难排除的，因为汽车结构和线路复杂，易产生噪声的地方较多，所以应掌握一些汽车电路和汽车音响方面的知识。在设计功放系统时，应就汽车这个特殊的环境进行全方面的考虑，在电路设计过程中增加一些抑制噪声的电路，设计一个抗干扰强且信噪比高的功放系统。

2016年7月10日