智能音响内部电路结构详解

什么是智能音响

随着物联网技术的升级与发展，让很多物体都有了“感知”和“生命”。例如智能音响，能在一天的劳累工作之后让双手得到释放。不仅如此，它还可以实现语音点歌、网上购物、咨询百科、查询天气等，让使用者可以快速地了解想要知道的信息，也享受到了科技改变生活的便利。

东芝看到了智能音响的美好前景，为了响应市场，推出了智能音响的电路设计方案。在电源部分，电路保护做的可谓是“诚意满满”：在实现功能的同时，也让其稳定性经受住了考验。那么智能音响的内部结构是什么样的呢？

智能音响的内部电路结构大致分为电源转换电路、无线通信电路、传感器电路、显示驱动电路、图像处理电路与接口保护电路等等。

图1 智能音箱的内部结构组成

在电源转换电路中，东芝针对智能音响的用电模块进行了分析，由于各个模块在电源需求方面是不同的，使用的电压和电流的规格也是多种多样，而且智能音响还要考虑体积大小等问题，所以，东芝在这方面针对智能音响的无线通信电路、传感器电路与摄像头等方面应用的电源转换电路方案推荐使用东芝自研的小型贴片式LDO稳压器，该LDO稳压器拥有TCR15AG、TCR13AG、TCR8BM、TCR5BM 、TCR5RG、TCR3RM、TCR3U、TCR2L与TAR5共九个系列。这九个系列从电流最大输出能力来说最大支持1.5 A的电流输出，可以支持绝大多数的外设用电需求。在特性方面包含支持低压差电压及高PSRR的类型、高PSRR低噪声及低电流消耗的类型、低电流消耗的类型，以及15 V输入电压的双极型LDO，因此可以支持多种多样的电源需求，还可以帮助快速推进产品小型化的进程。

图2 智能音箱的LDO稳压器系列图源

在智能音响之中涉及到的电源整流方面的肖特基二极管，建议使用东芝自研的CUS10F30或者CTS05F40。CUS10F30的封装为SOD-323，该封装十分小巧，可以让电路板的体积大幅度缩小，其反向峰值电压为30 V，最大通过电流为1 A，正向压降仅为0.5 V。如果需要更小封装时可以选择CTS05F40，其封装为SOD-882，其反向峰值电压为40 V，最大通过电流为0.5 A，正向压降为0.81 V。

图3 智能音箱的肖特基二极管方面的应用

在智能音响之中涉及到的小信号MOSFET，可以使用东芝的SSM系列的小信号MOSFET其型号分别为SSM3K341R、SSM6K514NU与SSM3K15ACT，其均为N沟道MOSFET，VDSS分别为60／40与30 V，主要最大通过电流分别为6 A、12 A和0.1 A。

图4 小信号MOSFET参数

在传感器部分，其传感器主要是针对智能音响周围环境的数据采集。传感器就是将环境状态转换为数字信号的一种元件，很多时候传感器采集到的信号是不能直接给CPU进行处理的，是需要通过运放或者集成电路先做个数据的预处理，方便后续CPU进行数据处理。在针对数据预处理这里东芝推荐的方案是采用低噪声运算放大器来实现，这里推荐的型号为TC75S67TU。该芯片采用SOT-353F封装，具有2.0×2.1×0.7的小体积尺寸。其具体参数如下图所示。

图5 低噪声运算放大器参数

在电源保护方面，东芝也是推荐了极为成熟的方案，在电源输入端和在与外部接口部分都加入了TVS进行电路保护，在TVS后级加入了电子保险丝（eFuse IC），如果需要针对电源切换或者电源控制方面，亦可以采用东芝提供的MOS切换电路方案，以增加电路的可靠性，将电路损坏风险降至最低。

图6 电源保护电路示例

图7 TVS二极管的选型参考

作为一家在半导体设计研发深耕多年的科技型企业，东芝半导体通过对市场敏锐的洞察能力和不断地产品迭代创新的科技力量，相信未来东芝推荐的方案和产品选型会极具参考价值。