笔记本电脑声卡HD音效测试

许多家庭媒体中心使用PC，甚至是笔记本电脑负责整个系统的内容播放，因此Microsoft Vista对音频的要求就成了电脑声卡及其它相关外设的重要指标，其需要达到HD音频的输出品质。此外，对于空间较小的居住环境，如学生公寓等，笔记本电脑就成了其HD欣赏体验的核心设备。

　　2007年6月1日起，微软的Windows徽标计划（Windows Logo Plan, WLP）对安装Vista操作系统的PC机和笔记本电脑提出了十分具体的强制性音质要求。对包括THD+N、动态范围、串扰等8项受电脑音频信号通道影响的参数都有详细规定。

　　微软设备测试项目（DTM）目前要求对Vista音效参数的一个子集进行强制测试。图1为DTM简化框图，一台称为DTM Studio的电脑主机控制测试过程并产生测试报告，被测设备（SUT）连接到Audio Precision 公司的2700系列双域音频分析仪上，然后再接到Audio Precision主机的电脑上。所有设备均由DTM控制器通过网络控制。

　　目前音频分析仪仅能测试被测系统音频输出接口的电信号，DTM近期可能对其测试设备进行升级来满足扬声器等声学性能测试的要求。系统设计工程师必须认真选择音频信号通道上所有的有源和无源器件，在笔记本电脑中，音频信号始于南桥（南桥支持主板上的低速信号，如音频等，北桥支持存贮和显示）。南桥提供一个连接高清音频（HDA）Codec的接口，Codec的模拟输出再连至音频功放。音频功放的输入和HDA Codec音频输出之间需要放置隔直电容，以防两侧偏置电压不一致。

　　在音频功放输出和插座之间通常会有一个EMC滤波器，包括一个低成本的磁珠和一个小电容（图2）。如果使用类似MAX9724A或MAX9789A（MAX9789A集成了AB类立体声扬声器功放、DirectDrive 无电容耳机放大器和LDO）的立体声音频功放，则音质可超过Vista操作系统的要求(表1)。这些芯片都使用了美信公司的DirectDrive专利技术，传统电路上常见的大尺寸隔直电容可以被省去，从而可以减小尺寸，降低成本，其充放电引起的爆破声也被消除。

　　总谐波失真和噪声 (THD+N)

　　总谐波失真加噪声（THD+N）量化了系统呈现的非线性，谐波失真会改变音色，让音乐听起来不自然。噪声是指在播放空白音乐期间听到的残余嘶嘶声和嗡嗡声。THD+N是音频信号回放精度的量化指标，对最终用户来讲非常重要。

　　THD+N是谐波和噪声的和（不包括基波）与基波的比。通常三个因素会影响THD+N测试：有源器件（HDA Codec和音频功放）、无源器件（电容和磁珠等），以及电路板布局（主要是接地的处理）。

　　通常，有源器件仅影响THD+N的高频部分，在这种情况下，可以先测试一下有源器件的评估板。低频出现问题的情况通常是由输入隔直电容的材质和容值引起，要尽量选择使用那些高耐压、电介质材料好的电容。

　　磁珠的典型应用是放置在音频功放和输出插座之间，和接地的小电容一起构成一个滤除ESD和EMI影响的滤波器，同时也是会增加THD的另一个无源器件。质量差的磁珠会导致整个音频频段内都无法通过测试。

　　如果被测系统选用的有源器件是Vista兼容的，并且还选用了高品质无源器件，则要考虑电路板布局的影响。此时，影响THD+N的主要是噪声而不是失真，最有可能的原因是HDA Codec和音频功放的接地出现了问题。为保证最优的性能，Codec的模拟地必须与音频功放的模拟地共地。如果存在地电位差，则可能增加噪声。

　　满幅输出电压

　　DTM还需要测试满幅输出电压（FS），该电压是指 Codec输入均为零时在音频输出插座处测得的电压。DTM规定了WLP设备的最小电压。FS非常重要，因为它能确保用户可以在飞机等嘈杂的环境中听清楚DVD的播放内容。为了避免伤害听觉，最近还对该参数的上限作了限制。最小输出电压的要求很可能会伴随着最大输出电压的要求，尤其对那些销往法国和德国的产品而言。

　　信号动态范围

　　信号动态范围是满幅电平与加权底噪声RMS值的比率。会造成动态范围测试失败的两个主要原因是输出被衰减或底噪声被提升。首先要确认输出插座的电压能够满足满幅输出的要求，如果不能，需要检查衰减发生在哪里。如果系统输出插座处测到的满幅信号没有问题，动态范围则可能受到了噪声的影响。在寻找噪声源之前要确认系统中的有源器件在噪声方面能否满足Vista的要求 (噪声通常会在器件数据资料的电气特性参数表中列出)。如无法确认，则需先使用该器件的评估板进行基本测试。

　　如果噪声导致系统的动态范围测试无法通过，而系统所采用的器件又是Vista兼容的，则PCB布局可能是罪魁祸首。PCB布局的主要缺陷还是接地。为实现最优性能，HDA Codec的模拟地一定要和音频功放的地共同连接到一个安静的地，任何地电位差都有可能导致噪声。可以通过优化IC摆放来为HDA Codec和音频功放获得一个公共的、安静的接地，但如果仍没有改善，就必须进一步隔离噪声的源头。首先确认系统噪声（包括风扇噪声，硬盘噪声等）没有耦合到功放的输入端。如果存在此类噪声耦合，音频功放会将噪声信号放大并传到输出插座。第二个需要确认的是输出插座的地引脚是否与HDA Codec模拟地和音频功放模拟地共地，存在的地电位差会导致噪声。

串扰

　　串扰目前还不属于DTM强制测试，但可能近期就会变为强制测试参数。串扰是一个通道的信号耦合到另一个通道的量化参数，理想的立体声通道不存在通道间的串扰。但由于IC和PCB布局的寄生参数会造成一定程度上的串扰，为了输出真正的立体声信号必须尽可能的降低串扰。立体声串扰定义了两种情况：即左声道到右声道的串扰，以及右声道到左声道的串扰。

　　串扰测试失败的最主要原因是PCB布局（无论是输入的容性耦合还是输出插座处的公共阻性地回路），而很少由IC布局引起。WLP 3.0给出的串扰要求是在整个音频范围内小于等于-50dB。美信音频功放MAX9789A的串扰参数在整个音频范围内小于等

于-77dB（10kΩ负载）。此外，用评估板验证串扰参数是一个好主意。

　　幅度响应

　　幅度响应是指在给定频段内测得的系统输出电压。通常以相对满幅输出的dB数表示。幅度响应非常重要，因为其决定了系统可以回放的音频带宽。

　　幅度响应测试失败也许是由于系统均衡电路（EQ）造成的，均衡电路会提升或降低测试频段内某些特定频率的输出，因此测试时一定要关闭系统的EQ电路。此外，无源器件形成的滤波器影响高频或低频响应也可能是原因之一。如果系统高频测试不通过，则需要检查耳机功放周围的反馈电容是否会影响幅度响应。反馈电阻也可能会对音频信号造成衰减。而如果系统低频测试失败，则选用的耳机功放需要在输出端加很大的隔直电容，注意选用的电容COUT容值要同时兼容32Ω和10kΩ负载，而且需要考虑隔直电容的容限。如果选用的耳机功放（如美信MAX9724A），则不需在输出插座前放置隔直电容，而低频测试仍不通过，可以检查一下其输入电容值是否针对Vista做过优化。

　　通道间相位延迟

　　通道间相位延迟最近才被加到DTM的Vista兼容测试计划中。对立体声设备左右声道的相位差进行测试，结果用“度”表示，是频率的函数。

　　测量该项目时。左右声道注入相同的20Hz到20kHz的扫频信号，在立体声音频输出处测量左右声道的相位差。 如果系统无法通过通道间相位延迟测试，也许是因为左右声道使用的无源器件容限太大，造成左右声道输入耦合电容不匹配。如果无源器件容限没问题，则问题有可能出在数字域。有源器件内部的某些功能模块可能没有正常工作。