第十章iPhone手机音频故障维修

在iPhone手机中，音频电路主要包括音频协处理器电路、音频编解码电路、音频放大电路等，这些电路共同完成了手机音频信号的处理。

9.1音频电路基础

9.1.1声音的基本概念

声音是通过一定介质传播的连续的波，如图9-1所示。

图9-1声波

1．声波的指标

振幅

表示质点离开平衡位置的距离，反映从波形的波峰到波谷的压力变化以及波所携带的能量的多少。高振幅波形的声音较大，低振幅波形的声音较小。

周期

描述单一、重复的压力变化序列。从零压力到高压，再到低压，最后恢复为零，这一时间的持续视为一个周期。例如，波峰到下一个波峰，波谷到下一个波谷均为一个周期。

频率

声波的频率是指波列中质点在单位时间内振动的次数。以赫兹为单位测量，描述每秒周期数。例如，Hz波形每秒有个周期。频率越高，音乐音调越高。

相位

表示周期中的波形位置，以度为单位测量，共。零度为起点，随后90为高压点，为中间点，为低压点，为终点。相位也可以弧度为单位。弧度是角的国际单位，符号为rad。

波长

表示具有相同相位度的两个点之间的距离，也是波在一个时间周期内传播的距离。以英寸或厘米等长度单位测量。波长随频率的增加而减少。

2．声音的频率分类

声音按频率分类如图9-2所示。

图9-2声音的频率

语音信号频率范围：Hz～3kHz，声音的传播携带了信息，它是人类传播信息的一种主要媒体。

3．声音的三种类型

波形声音：包含所有声音形式；

；

音乐：与语音相比，形式更规范，音乐是符号化的声音。

9.1.2声音的数字化

1．声音信号的类型

声音信号主要由模拟信号组成。

模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号，或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。

数字信号指自变量是离散的、因变量也是离散的信号，这种信号的自变量用整数表示，因变量用有限数字中的一个数字来表示。

在计算机中，数字信号的大小常用有限位的二进制数表示，由于数字信号是用两种物理状态来表示0和1的，故其抵抗材料本身干扰和环境干扰的能力都比模拟信号强很多。在现代技术的信号处理中，数字信号发挥的作用越来越大，几乎复杂的信号处理都离不开数字信号；或者说，只要能把解决问题的方法用数学公式表示，就能用计算机来处理代表物理量的数字信号。

2．声音数字化过程

在时间和幅度上都连续的模拟声音信号，经过采样、量化和编码后，才能得到用离散的数字表示的数字信号。

采样

采样就是在某些特定的时刻对模拟信号进行测量，对模拟信号在时间上进行量化。具体方法是：每隔相等或不相等的一小段时间采样一次。相隔时间相等的采样为均匀采样，相隔时间不相等的采样为不均匀采样。均匀采样又称为线性采样，不均匀采样又称为非线性采样。

量化

分层就是对信号的强度加以划分，对模拟信号在幅度上进行量化。具体方法是：将整个强度分成许多小段。如果分成小段的幅度相等，就称为线性分层；如果分成的小段不相等，就称为非线性量化。

声音信号的采样、量化和编码如图9-3所示。

图9-3声音信号的采样、量化和编码

编码

编码就是将量化后的整数值用二进制数来表示。若分成级，量化值为0～，每个样本用7个二进制位来编码。若分成32级，则每个样本只需用5个二进制位来编码。

采样频率越高，量化数越多，数字化的信号越能逼近原来的模拟信号，而编码用的二进制位数也就越多。

9.1.3编解码器

编解码器的编解码器或软件。CODEC技术能有效减少数字存储占用的空间，在计算机系统中，使用硬件完成CODEC可以节省SOC的资源，提高系统的运行效率。

CODEC是分别取Coder和Decoder前两个字母组合而成的。音频压缩技术指对原始数字音频信号流其码率。

9.2音频电路工作原理

9.2.1音频接口位置

在iPhone7手机中，取消3.5mm耳机接口，配备AirPods耳机作为解决方案，当然尾插部位也可以使用转接口来连接3.5mm耳机。

iPhone7手机的MIC、扬声器位置如图9-4所示。

图9-4iPhone7手机的MIC、扬声器位置

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在iPhone7手机中采用双扬声器，除了底部的扬声器之外，在顶部还有一个听筒／扬声器二合一器件，详细工作原理在后面的章节中有描述。

9.2.2音频电路框图

iPhone7手机增加了一个音频协处理器U2，作用是扩展SOC的I

在扬声器放大电路中，U是底部扬声器放大电路，U是顶部扬声器／听筒二合一放大电路。

U为ARC芯片，主要完成马达驱动和噪声抑制功能。

U为音频编解码芯片，主要完成音频信号的编码、解码，音频信号D/A及A/D转换等功能。

音频电路框图如图9-5所示。

图9-5音频电路框图

9.2.3音频协处理器电路

音频协处理器电路由U1、U2、U3及外围元器件组成，U1是一个单片机，协助U2处理各种信息；U2为音频协处理器，主要用于扩展CPU的I

1．音频协处理器供电电路

音频协处理器供电电路中使用了LDO模块U3，U3的A1脚为供电输入PP1V8_SDRAM电压，B1脚为使能脚，与A1脚连接在一起，U3的A2脚输出PP1V2_MAGGIE电压。

U3输出的电压一路送到U2的A5脚，另一路经过电阻R1送到U2的B3脚。

音频协处理器U2的A4、C4、D4、C3脚输入的是PP1V8_MAGGIE_IMU，来自电源管理芯片。

音频协处理器供电电路如图9-6所示。

图9-6音频协处理器供电电路

2．音频协处理器控制电路

音频协处理器电路中使用了意法半导体的STM32系列芯片STM32L，STM32L是低功耗系列的入门级芯片。

供电电压PP1V8_SDRAM送到U1的D1、C4脚，电源管理芯片U1的K10脚输出复位信号PMU_TO_HOMER_RESET_L，送到U1的D5脚。

U1通过HOMER_TO_AOP_WAKE_INT向SOC发出中断信号，SOC通过UART接口UART_HOMER_TO_AP_RXD、UART_AP_TO_HOMER_TXD控制U1的工作，SOC通过SWD模式对U1进行调试、软件下载、程序控制等。

U1通过SPI总线SPI_HOMER_TO_MAGGIE_POS_MISO、SPI_MAGGIE_TO_HOMER_POS_MOSI、SPI_MAGGIE_TO_HOMER_POS_SCLK对音频协处理器U2进行控制。

音频协处理器控制电路如图9-7所示。

图9-7音频协处理器控制电路

2．SPI总线

SOC通过SPI总线控制音频协处理器U2的工作，SOC通过片选信号SPI_AP_TO_MAGGIE_CS_L来确认与音频协处理器U2进行通信。SOC通过SPI总线SPI_CODEC_MAGGIE_TO_AP_MISO、SPI_AP_TO_CODEC_MAGGIE_MOSI、SPI_AP_TO_CODEC_MAGGIE_SCLK完成与音频协处理器U2的数据的发送和接收。

SPI总线电路如图9-8所示。

图9-8SPI总线电路

3．I

SOC通过音频协处理器对I

I

图9-9I

9.2.4音频编解码电路

音频编解码电路的作用是把接收的数字音频信息转换成模拟音频信号输出，把MIC输入的模拟音频信号转换成数字音频信号，送到基带电路进行调制。

1．MIC输入电路

iPhone7手机中使用了4个MIC，底部有两个，分别是MIC1、MIC4，在尾插的左右两侧；后面有一个，是MIC2，在后置摄像头位置；前面有一个，是MIC3，在前置摄像头旁边。

iPhone7手机中使用的4个MIC最主要的功能其实就是为了降噪。在iPhone7的电路设计中，4个MIC没有定向的指定功能。多个MIC的功能主要用来拾音，通过算法可以多个MIC协调工作，实现主动降噪功能，让用户在通话时，声音传递更加清晰准确。另一个功能则是为了让硬件调用MIC时更加精准。鉴于iPhone7内置的4个MIC的分布情况，主要是根据App的权限打开对应的MIC，执行不同的功能。

在使用主摄像头进行录像或视频通话等情况下，系统调用的是主摄像头旁边的背部MIC2。使用前摄像头来进行录像或视频通话时，调用的是前置摄像头旁边的MIC3。若是打电话，系统会自动调用底部MIC1，另一个尾部MIC4则用来降噪。使用语音备忘录时，系统调用的是尾部MIC4，底部MIC1充当降噪作用。

下面我们以MIC1为例分析MIC的工作原理。除MIC1之外，其余三个MIC的工作原理基本相同，在此不再赘述。

PP_CODEC_TO_LOWERMIC1_BIAS为MIC1，是1.8V的偏置电压，由U的M6脚提供；LOWERMIC1_TO_CODEC_BIAS_FILT_RET为MIC1的滤波信号，输入到U的K7脚，由MIC1拾取的模拟信号经LOWERMIC1_TO_CODEC_AIN1_P、LOWERMIC1_TO_CODEC_AIN1_N两条信号线输入到U的L2、L1脚。送入的MIC信号在U内部完成音频信号的编码工作。

MIC输入电路如图9-10所示。

图9-10MIC输入电路

尾插接口J输入的是外部的MIC信号，经过J的15、17、21、23脚输入到USB控制器U的A4、B4、A2、B2脚，通过内部的切换电路从C3、C4脚输出，送到U的J12、H12脚。

2．音频编解码I

前面已经讲了SOC、音频协处理器U1、音频编解码芯片U之间的I

音频编解码芯片U和音频协处理器U1之间通过SPI总线进行控制，其中这一路SPI总线还连接SOCU，前面已经讲过音频协处理器U1和SOCU之间的SPI通信关系，在此不再赘述。

这3路SPI总线分别是SPI_AP_TO_CODEC_MAGGIE_SCLK、SPI_AP_TO_CODEC_MAGGIE_MOSI和SPI_CODEC_MAGGIE_TO_AP_MISO。

从U输出的I

音频编解码I

图9-11音频编解码I

9.2.5扬声器／听筒二合一放大电路

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