TWS耳机底噪整改指南V1.2

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一、软硬件常用处理方法

1、软件上升级最新SDK，优化DAC的流程，保证前级DAC是关掉的状态。
2、回连状态和闲置状态有底噪，软件上可以设置DAC为高阻。
3、电池辐射和PCBA辐射建议更换DCDC功率电感。推荐：一体成型的4.7uh电感和全磁屏蔽的功率电感。电感的饱和电流在150MA以上，DRC小于0.8欧姆，保证RF性能不受影响。
4、DAC线路上串LC网络，推荐值：电感值180nh、220nh或330nh（DAC回路阻抗变大一点，可能影响音量级），电容值可选47P、100P。
5、DAC线路串磁珠，推荐值：1K,100Mhz。（DAC回路阻抗变大一点，可能影响音量级）
6、电池和喇叭之间贴一层比电池小2cm的铁片。例如88电池贴66的铁片。（加铁片要复测RF辐射性能）
7、喇叭贴铜箔或者吸波纸屏蔽，或者换带磁屏蔽的喇叭或者更换全磁屏蔽的电感。
8、喇叭和电池线分别双绞线处理，电池焊点背对喇叭，结构允许情况下电池与喇叭之间最好隔1MM以上的EVA棉。
9、用胶水固定好磁铁或者将磁铁换成小铁块。
10、FF_MIC和FB_MIC需要根据原理图，严格按照差分走线的规则绘制。MICP与MICN 信号线从MIC处并行走线至主控引脚，且每组差分麦MICN需要在自己地电流路径上，采集各自地回路信号。
11、在MICP走线上预留LC电路，当有噪声的时候，可以串120nH+对地33p。

二、耳机底噪电流声种类分析

TWS 耳机因蓝牙收发影响，存在与蓝牙 slot 频率一致的噪声产生。具体频率在 800Hz，1.6KHz, 2.4KHz 3.2KHz, 4kHZ 以及高次谐波。
现在TWS耳机常见的噪声主要有2类，第一类耳机在普通模式下的噪声。第二类是耳机开ANC降噪，输出的噪声。
(一)TWS普通模式下的噪声。
该噪声产生的可能原因分以下几部分：
1、板端 DAC 输出噪声；（电路级）
2、DCDC 电感的啸叫声；（机械振动）
3、电池和磁铁引起的机械振动声；（机械振动）
4、VBAT、DCDC 电容的啸叫声；（机械振动）
5、电池辐射引起的喇叭的高频声；（空间辐射）
6、蓝牙RF 辐射引起喇叭的高频声；（空间辐射）
7、DCDC 电感辐射引起喇叭的高频声；（空间辐射）
8、PCBA 板端辐射引起喇叭的高频声；（空间辐射）
(二)开ANC模式，其输出的噪声。
该噪声产生的可能原因分以下几部分：
1、普通模式下存在噪声，开ANC模式后，其噪声被MIC采集后放大输出；
2、由于ANC参数引起开ANC出现增噪；（软件参数）
3、主控板FF_MIC或FB_MIC走线受干扰的噪声；(电路级）
4、FPC排线上的FB_MIC走线受干扰的噪声；（电路级）
5、DCDC电感干扰FF MIC的噪声；（辐射干扰）
6、FB_MIC由于电池干扰到FPC的MIC走线的噪声；（辐射干扰）
7、FPC走线的FB_MIC被电池辐射干扰的噪声；（辐射干扰）
8、FB_MIC被电池辐射干扰的噪声；（辐射干扰）

针对各部分现象，总体思路是优先解决干扰源，其次阻断传播路径，最后增强受体抗干扰能力。

三、TWS耳机普通模式下，噪声各类底噪分析详解

（一）TWS耳机普通模式下的底噪的分析思路：

1、底噪的分析主要从一下三方面来入手。分别是干扰源、传播途径、被干扰设备。
3、TWS耳机普通模式下底噪分析流程：

（二）板端DAC输出噪声

1、排除方法：

PCBA直接接喇叭AP测试Noise。正常是在开滤波器（20-20khz，A-Wt）下是：4~6uV。不开滤波器下是：7~9uV。 b、PCBA直接从主控的DACL、DACR接上喇叭听底噪。
PCBA直接接喇叭AP测试Noise
2、处理方法：
a、芯片电源有问题，特别是VBAT、BTAVDD纹波异常和绑定异常。（解决干扰源）
b、芯片的DACR、DACL引脚损坏，万用表测试对地二极管电压或者对地阻抗。（解决干源）
c、DAC线路串LC电路。根据PCB和结构的不一样，最终确定LC参数（电感可选180nh、220nh、330nh，电容可选10P、100P）。（保护被干扰源）

（三）DCDC电感啸叫

DCDC 模式工作时，功率电感上的开关频率在 700K-1MHZ，理论上是人耳不能识别的频
段；电感的振动会通过与它相连的电路元件和印制电路板等结构进行传播，如果这种振动的频率处于人耳可听范围（20Hz - 20kHz）内，就会产生啸叫声音。电感啸叫的原因有以下几种：

磁芯磁致伸缩导致的电感啸叫：磁芯上绕有线圈，当有电流流过时会产生交变磁场，在交变磁场作用下，磁芯会反复伸缩变化并产生机械振动，即磁致伸缩。当功率电感焊接至 PCB 板上时，磁芯磁致伸缩产生的振动会被进一步放大，若频率在人耳可听范围内，就会形成啸叫。
电感啸叫
（2）电源纹波引起的电感啸叫：
①纹波过大：电源输出的直流电压中存在一定的纹波，即交流成分。如果纹波过大，会导致 DCDC 转换器输入电压不稳定。这种不稳定的电压会使 DCDC 转换器的开关频率发生波动，进而引起电感电流的变化。当这种变化的频率落入人耳可听范围时，电感就可能产生啸叫。
②纹波频率耦合：电源纹波的频率如果与电感的固有频率或电路中的其他频率产生耦合，可能会引发共振现象。在共振情况下，电感的振动幅度会增大，从而更容易产生可听的啸叫声音。
电源纹波引起啸叫
DCDC 功率电感，BTAVDD 端周期性的纹波

（3）磁铁与电感相互作用引起的啸叫：
电感在工作时会产生磁场，当周围存在磁铁时，两者的磁场会相互作用。就会有洛伦磁力的产生，试图使电感和磁铁的磁场达到一种平衡状态。由于电感中的电流是不断变化的，其产生的磁场也随之变化，导致这个相互作用力也在不断变化，从而使电感产生振动。

磁铁与电感相互作用
磁铁在电感的上方

（4）电感损坏引起的啸叫：电感的磁芯在运输、安装或使用过程中受到外力冲击，可能会出现裂缝或破损。磁芯的完整性对于电感的磁场分布和能量存储至关重要，磁芯破损会导致磁场分布不均匀，使电感在工作时产生异常的振动，进而引发啸叫。
电感损坏引起啸叫

1、排除方法：
a、断开喇叭，电池拉到腔体外保留腔体，在静音房样机播放最大音量静音文件用人工耳测试FFT曲线，曲线有明显的谐波。
b、把电感飞线出来或者去掉磁铁，在静音房样机播放最大音量静音文件用人工耳测试FFT曲线，曲线没有谐波。
c、用示波器测量DCDC电感的BTAVDD端是否存在突变的纹波
d、注意不要跑LDO模式下去验证电感啸叫。因为LDO模式下的VBAT、BTAVDD的电源纹波会变大，最终不能确定底噪是电感啸叫还是电源纹波变大导致的。
断开喇叭，电池拉到腔体外保留腔体的FFT曲线
电感飞线出来或者去掉磁铁的FFT曲线
2、处理方法：
a、硬件上换电感型号，换带全磁屏蔽的绕线电感或者叠层电感，叠层可能会影响RF的距离，需要仔细确认。（解决干扰源）
b、最优方法就是改版，将电感移开，远离磁铁；将电感放顶面，因为电感在装机的腔体里面容易跟腔体形成共振，声音就放大。（解决干扰源）
c、装配上减弱耳机端磁铁磁性和磁铁的磁性。（解决干扰源）
d、用隔音棉将板子和喇叭隔开，堵住喇叭和电池的线孔。（隔绝传播途径）

（三）电池和磁铁引起的机械振动声

根据安培定律，当电池接入电路有电流通过时，会在其周围产生磁场。这个磁场与耳机内的磁铁磁场相互作用，当两种磁场的磁力线分布不均匀时，就会产生磁力。如果这个磁力的大小和方向不断变化，就可能导致电池或磁铁产生机械振动。特别是电池跟喇叭紧挨在一起装机的样机，容易出现这种现象。
1、排除方法：
a、断开喇叭，保留腔体开机在静音房样机播放最大音量静音文件用人工耳测试FFT曲线，曲线有明显的谐波。
b、把电池拉出来或者去掉磁铁装机，在静音房样机播放最大音量静音文件用人工耳测试FFT曲线，曲线没有谐波。
2、处理方法：
a、胶水固定好磁铁，减弱磁铁磁性或者磁铁换成小铁快。（解决干扰源）
b、更换钢包电池或者将电池是焊盘正负极长度一长一短。（解决干扰源）
c、电池用双面胶固定好。（解决干扰源）

（四）VBAT、DCDC滤波电容的啸叫声

在PCB板中，由于在MLCC两端的电极为焊接，电极间的长度方向的变形（图中蓝色的双箭头）使PCB板表面（图中黄绿色的双箭头）变形，如此反复导致振动。该振动通过PCB板的传导被放大，成为人耳能听到的程度的音压是啸叫。当然，条件是振动的频率为可听频段。
产生电容啸叫的原因可能有：

压电效应：对于陶瓷材质的滤波电容，存在压电效应（逆压电效应）。当给陶瓷电容施加电场时，其内部的电介质会发生形变，若电场呈周期性变化，电介质就会周期性地伸缩，从而产生振动，当振动频率在 20Hz-20KHz 人耳可听范围内时，就会产生啸叫声。
电路工作不稳定: 如果 DCDC 电源工作不稳定，开关频率可能会发生变化，原本在人耳听不到的高频范围的开关频率，可能会落入 20Hz-20KHz 的音频范围，导致滤波电容振动发出啸叫。
抖频或轻载降频: DCDC 电路的抖频功能会使开关频率在一定范围内变化，有可能引入 20Hz-20KHz 的频段。此外，在轻载时，DCDC 电路为降低开关损耗、提高轻载效率，会降低开关频率，当负载小到一定程度，开关频率可能降低到 20KHz 以下，引发滤波电容振动啸叫。
负载变化: 蓝牙耳机的负载不是固定的，而是周期性变化的，若某些负载以 20Hz-20KHz 的频率变化，会使滤波电容两端的电压或电流也呈相应频率变化，从而导致电容振动产生啸叫。

1、排除方法：
a、断开喇叭，电池拉出来，不保留腔体，静音房样机播放最大音量静音文件用人工耳测试FFT曲线，曲线有明显的谐波。
b、断开喇叭，电池拉出来，不保留腔体，VBAT、DCDC滤波电容竖起来焊接，静音房样机播放最大音量静音文件用人工耳测试FFT曲线，曲线没有明显的谐波。
注意不要跑LDO模式下去验证电容啸叫。因为LDO模式下的VBAT、BTAVDD的电源纹波会变大，最终不能确定底噪是电容损坏还是电源纹波变大导致的。

2、处理方法：
a、用示波器排查VBAT、BTAVDD电源纹波问题，BTAVDD纹波较小，如果示波器精度不够，测试不了。纹波过大换0402封装或者226容量的电容。（解决干扰源）
b、更换不同封装和材质的电容。（解决干扰源）
c、电容选用电极宽度比长度小的电容。
d、用隔音棉将板子和喇叭隔开，堵住喇叭和电池的线孔。（隔绝传播途径）

（五）电池辐射引起的喇叭的高频声

（1）电池辐射的原理：
蓝牙耳机电池在工作时，内部的电荷移动和化学反应会产生电磁场。尤其是在电池充放电过程中，电流的变化会导致磁场的不稳定，从而向外辐射电磁波。根据麦克斯韦电磁理论，变化的电场会产生磁场，变化的磁场又会产生电场，这样就形成了电磁辐射。
（2）电磁感应现象：
闭合线圈喇叭的工作原理基于电磁感应。当音频电流通过喇叭的线圈时，会产生磁场，这个磁场与喇叭的永磁体相互作用，使线圈带动振膜振动，从而发出声音。
（3）电池辐射引起的喇叭的高频声：
当电池辐射出的电磁波靠近闭合线圈喇叭时，由于电磁波是变化的电磁场，根据法拉第电磁感应定律，闭合线圈会感应出电动势。如果周围存在变化的磁场，闭合线圈中就会产生感应电流。这就导致在原本正常的音频电流基础上，叠加了一个由电池辐射引起的感应电流。从而导致喇叭输出有噪声。

（电池辐射干扰到喇叭回路时就会产生高频声，特别是电池跟喇叭紧挨在一起装机的样机，容易出现这种现象。）

1、排除方法：
a、喇叭正常接上，装好整机。在静音房样机播放最大音量静音文件用人工耳测试FFT曲线，曲线有明显的谐波。
b、喇叭正常接上，装好整机，电池拉出来或者喇叭拉出来。在静音房样机播放最大音量静音文件用人工耳测试FFT曲线，曲线没有谐波。
喇叭正常接上，装好整机的FFT曲线

喇叭正常接上，装好整机，电池拉出来或者喇叭拉出来的FFT

2、处理方法：
a、喇叭电池之间贴铁片处理。（隔绝传播途径）
b、电池辐射和PCBA辐射建议更换DCDC功率电感。推荐：一体成型的电感和全磁屏蔽的功率电感。电感的饱和电流在200mA以上，DRC小于0.8欧姆，保证RF性能不受影响。
c、喇叭和电池线分别双绞线处理，电池焊点背对喇叭，结构允许情况下电池与喇叭之间最好隔1MM以上的EVA棉。（隔绝传播途径）
d、在DAC线路上改LC网络的值。串联器件可选电感（180nh、220nh、330nh），或者磁珠，并联用小电容（10P、100P）。（电感越大内阻会越大，会影响样机的音量）（保护被干扰源）
e、电池VBAT线路加大电容滤波，实测电容值在47uF（2个226并联）以上有作用。可尝试VBAT线路上串磁珠或电感。（解决干扰源）
f、电池包屏蔽纸，减小电池的对外辐射，需要重点注意组装一致性问题。（隔绝传播途径）
g、电池两面垫个小线圈，低消电池与喇叭之前的磁场，减少电池是辐射。(会影响RF距离)（隔绝传播途径）
h、如果确定是电池辐射，以上方法没有很好的效果。可以与电池厂沟通，电池厂家一般都有管控电池的方法的，可以挑选出辐射强的电池。

（六）蓝牙RF辐射引起喇叭的高频声

蓝牙设备在工作时会发射 RF 信号，这些射频信号本质上是一种电磁波。其是将电信号转换成电磁波辐射出去。当喇叭的电路或元件靠近蓝牙发射源时，射频信号可能会在喇叭的电路中产生感应电流或电压。如果这些感应信号的频率与喇叭能够响应的高频范围重合，就可能驱动喇叭的振膜振动，从而产生高频声。
1、排除方法：
a、喇叭正常接上装机，断开天线或者软件上先把总的最高限制功率降低（例如：如果最高10等级，可以调到0或者5测试下），噪声会明显变小。在静音房样机播放最大音量静音文件用人工耳测试FFT曲线，曲线没有谐波。
喇叭正常接上装机，断开天线或者软件上先把总的最高限制功率降低的FFT曲线
（2）处理方法：
a、在DAC线路上改LC网络的值。串联器件可选电感（180nh、220nh、330nh），或者磁珠，并联用小电容（10P、100P）。（电感越大内阻会越大，会影响样机的音量）（保护被干扰源）
b、喇叭线电池线分别双绞线处理。（隔绝传播途径）
c、改版，让天线不要远离喇叭。（解决干扰源）

（七）DCDC电感辐射引起的喇叭的高频声

在DCDC模式工作时，绕线电感上交变的电流会形成交变磁场。。当喇叭在附近时容易引入噪声。其原因如下：
（1）电磁感应：
DCDC 转换器中的电感在工作时会产生变化的磁场，其本质是一种电磁辐射源。当喇叭靠近 DCDC 电感时，电感产生的变化磁场会在喇叭的音圈等导磁部件中产生感应电动势和感应电流。如果这些感应信号的频率处于喇叭的高频响应范围内，就会驱动喇叭振膜振动，从而产生高频声。
（2）高频谐波：
DCDC 电感在开关电源的作用下，其电流和电压波形并非理想的平滑曲线，而是包含了丰富的高频谐波成分。这些高频谐波会通过电磁辐射的方式传播出去，当它们耦合到喇叭的电路中时，就可能导致喇叭发出高频声。
（3）布线与布局不合理：
在电路设计和 PCB 布局中，如果 DCDC 电感与喇叭的布线距离过近，或者没有采取有效的隔离措施，那么电感产生的电磁辐射就很容易通过空间耦合或线路传导的方式影响到喇叭，进而引发高频声。

电感正对喇叭
1、排除方法：
a、喇叭正常接上装机。在静音房样机播放最大音量静音文件用人工耳测试FFT曲线，曲线有明显的谐波。
b、把电感飞线出来装机。在静音房样机播放最大音量静音文件用人工耳测试FFT曲线，曲线没有谐波。
2、处理方法：
a、更换电感为全磁屏蔽电感或一体成型电感。（解决干扰源）
b、在DAC线路上改LC网络的值。串联器件可选电感（180nh、220nh、330nh），或者磁珠，并联用小电容（10P、100P）。（电感越大内阻会越大，会影响样机的音量）（保护被干扰源）
c、改版。将电感放置顶层，这样既远离喇叭也不会正对着。（解决干扰源）
d、喇叭贴铜箔或者吸波纸屏蔽，需要重点注意组装一致性问题。（隔绝传播途径）
e、DCDC电感贴铜箔或者吸波纸屏蔽，需要重点注意组装一致性问题。（隔绝传播途径）
喇叭贴吸波 DCDC电感贴吸波纸

（八）PCBA板端辐射引起喇叭的高频声

1、排除方法：
a、喇叭正常接上，装好整机，电池拉出来。能听到底噪，在静音房样机播放最大音量静音文件用人工耳测试FFT曲线，曲线有明显的谐波。
b、喇叭正常接上，装好整机，把PCBA板拉出来。听不到底噪，在静音房样机播放最大音量静音文件用人工耳测试FFT曲线，曲线没有谐波。
2、处理方法：
a、在DAC线路上改LC网络的值。串联器件可选电感（180nh、220nh、330nh），或者磁珠，并联用小电容（10P、100P）。（电感越大内阻会越大，会影响样机的音量）（保护被干扰源）
b、喇叭电池之间贴铁片处理。（隔绝传播途径）
c、电池辐射和PCBA辐射建议更换DCDC功率电感。推荐：一体成型的电感和全磁屏蔽的功率电感。电感的饱和电流在150MA以上，DRC小于0.8欧姆，保证RF性能不受影响。
d、在DAC线路上改LC网络的值。串联器件可选电感（180nh、220nh、330nh），或者磁珠，并联用小电容（10P、100P）。（电感越大内阻会越大，会影响样机的音量）（保护被干扰源）

四、ANC模式下，噪声各类底噪分析详解

（一）ANC模式下，底噪的分析思路：

1、分析思路是优先解决干扰源，其次阻断传播路径，最后增强受体抗干扰能力。
2、ANC模式下，其底噪的分析流程：

（二）普通模式下存在噪声，开ANC模式后，其噪声被MIC采集后放大输出。

由于客户的样机在普通模式本身存在噪声，其开ANC模式后，其噪声被MIC采集到然后噪声被放大从喇叭输出，导致开ANC 能够听到明显的噪声。
1、排除方法：
a、闭ANC模式，播放静音文件测试其样机FFT曲线是否存在谐波（或人耳听是否存在明显噪声）。
2、处理方法：
a、需要根据TWS耳机普通模式下的噪声处理方法去排查和解决问题。

（三）由于ANC参数引起开ANC出现增噪。

由于低频OR、高频总增益太大导致不稳定啸叫、FB或FF滤波器相位相反导致增噪、FF滤波器没有拟合好降噪的幅值跟相位导致增噪等原因造成。
1、排除方法：
a、将调试的ANC参数拉平，测试如果没有噪声，则是ANC参数引起的噪声。
2、处理方法：
a、重新调试ANC的参数。

（四）主控板FF_MIC或FB_MIC走线受干扰的噪声

差分走线不合理，并行走线短，没有差分走线到MIC的位置，导致MICN未采集MIC的回路地信号，导致差分信号失效，抗干扰变差，产生噪声，以下简图表示。

1、排除方法：
a、检查PCB的走线，是否按照标准的差分走线绘制。
b、将PCBA板子的MIC，飞线成差分MIC的方式，测试噪声是否有改善。
2、处理方法：
a、严格按照差分走线规则，MICP与MICN信号线从MIC处并行走线至主控引脚，且每组差分麦MICN需要在自己地电流路径上，采集各自地回路信号，以下简图表示。
b、在MICP走线上预留LC电路，当有噪声的时候，可以串120nH+对地33p。（参数可以根据实际调节验证）

（五）FPC排线上的FB_MIC走线受干扰的噪声

差分走线不合理，在FPC走线上无FB_MICN的走线，且FB_MICN未采集MIC的回路地信号，导致差分信号失效，抗干扰变差，产生噪声，以下简图表示。

1、排除方法：
a、检查PCB的走线，是否按照标准的差分走线绘制。
b、将PCBA板子的MIC，飞线成差分MIC的方式，测试噪声是否有改善。

2、处理方法：
a、严格按照差分走线规则，MICP与MICN信号线从MIC处并行走线至主控引脚，且每组差分麦MICN需要在MIC的地路径上，采集各自地回路信号。并且其MIC_LDO电容的电容摆放，需要靠近MIC就近摆放，能够起到更好滤波作用。以下简图表示。（MIC_P、MIC_N、MIC_LDO的电容最好都在FPC靠近MIC的位置摆放）
b、在FB_MICP走线上预留LC电路，当有噪声的时候，可以串120nH+对地33p。（参数可以根据实际调节验证）
c、FPC的铺地，需要注意,当排线上无GND网络时可不做铺地处理，铺AGND可能导致性能变差。建议FPC排线上不铺地，其B-直接与B+通过走线方式到PCB板上。

（六）DCDC电感干扰FF MIC的噪声

电感在工作时产生磁场，且两端处磁场强度最大，当电感正对带金属外壳的MIC时，使其包裹在磁场中，产生感应电流，形成干扰噪声，以下简图表示。
1、排除方法：
a、将DCDC电感飞线拉出，测试开ANC，其FF_MIC是否还有噪声。
2、处理方法：
a、Layout时电感远离MIC，且垂直摆放，尽量减少MIC附近磁场强度。
b、使用一体化磁屏蔽电感，减少漏磁通。
c、使用堆叠结构，外壳不导磁材料MIC。

（七）FB_MIC由于电池干扰到FPC的MIC走线的噪声

耳机电池在工作时，内部的电荷移动和化学反应会产生电磁场。尤其是在电池充放电过程中，电流的变化会导致磁场的不稳定，从而向外辐射电磁波。FPC上的MIC走线因为较长的走线相当于更大的天线面积，更容易接收电池产生的电磁辐射。导致MIC线路被干扰从而引入噪声。
1、排除方法：
a、将MIC更换为等效电阻，电池在腔体里面测试，开ANC模式，其FFT曲线有谐波和喇叭输出有明显噪声。
b、将电池飞线拉出，测试的开ANC的FB_MIC无明显噪声。测试FFT曲线，无明显谐波。
2、处理方法：
a、用屏蔽材料，在 FPC 表面涂覆导电涂料，形成屏蔽层。
b、改进电池屏蔽，可以在电池外部增加金属屏蔽层，粘贴隔磁片等屏蔽材料，将电池产生的电磁辐射限制在一定范围内，减少对外界的干扰。
c、优化FPC的走线，根据标准的差分走线layout，提高走线的抗干扰能力。在FB_MICP走线上预留LC电路，当有噪声的时候，可以串120nH+对地33p。