消除揚(yáng)聲器音頻雜音的技巧

音頻雜音(click and pop)是揚(yáng)聲器或耳機(jī)產(chǎn)生的不良噪聲。它是由注入揚(yáng)聲器線圈的瞬態(tài)電流脈沖引起的，該電流瞬間移動(dòng)進(jìn)出揚(yáng)聲器紙盆就造成了雜音。雜音可能會(huì)使人的耳朵感到不舒服和厭煩。當(dāng)音源上電或掉電，或當(dāng)音頻信號(hào)減弱或被不同負(fù)載復(fù)用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生雜音。這些情況產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖通過(guò)揚(yáng)聲器負(fù)載放電，從而引起令人討厭的雜音。

為延長(zhǎng)電池壽命，筆記本電腦、手機(jī)、MP3播放器等便攜式媒體設(shè)備采用了節(jié)能設(shè)置(如待機(jī)、休眠模式等)，同時(shí)集成了USB或多個(gè)音源開(kāi)關(guān)，雜音瞬變正變得日益突出。本文介紹了雜音瞬變是如何產(chǎn)生和測(cè)量的。給出了對(duì)雜音的客觀和主觀描述。提出了一項(xiàng)旨在減少瞬變出現(xiàn)以消除雜音的指導(dǎo)原則。還對(duì)不同的雜音消除技術(shù)與某些設(shè)計(jì)中最新Intersil器件的性能進(jìn)行了比較。

雜音的來(lái)源

雜音瞬變的一些常見(jiàn)原因是：電源瞬變、DC輸入瞬變、音頻驅(qū)動(dòng)器偏置電壓。

1.電源瞬變

當(dāng)音頻元件的DC電源轉(zhuǎn)換開(kāi)(ON)關(guān)(OFF)時(shí)，由于變化的電源電壓轉(zhuǎn)換速率(slew rate)的緣故，揚(yáng)聲器或耳機(jī)的電壓可能出現(xiàn)反跳(bounce)。盡管電源旁路(by-pass)電容有助于減少一個(gè)元件電源引腳上的噪聲尖峰，如圖1所示，將低通濾波器(LPF)構(gòu)建在V+引腳之上的技術(shù)可以進(jìn)一步減少電源引腳的瞬變。

在IC的Vbattery電源引腳和V+引腳之間放上一個(gè)串聯(lián)電阻RSeries，就構(gòu)成了一個(gè)帶有去耦電容Cin 的低通濾波器(LPF)。由于Intersil的音頻開(kāi)關(guān)IC消耗的電源電流≤10μA，這個(gè)解決方案很有效，在大小適當(dāng)時(shí)，可以使串聯(lián)電阻兩端的電壓降忽略不計(jì)。這個(gè)LPF可將DC電壓的快轉(zhuǎn)換速率瞬變轉(zhuǎn)換成IC電源引腳上較慢的指數(shù)斜率。較慢的斜坡電壓可以最大限度地減少電源的開(kāi)關(guān)瞬變，同時(shí)消除開(kāi)關(guān)輸出端所有的注入電荷，這些電荷會(huì)導(dǎo)致負(fù)載上的雜音。

2.DC輸入瞬變

圖2顯示了驅(qū)動(dòng)一個(gè)32Ω耳機(jī)的單電源音頻放大器的簡(jiǎn)化布局，它廣泛用于許多便攜式媒體播放器。音頻放大器輸出信號(hào)被DC偏置為系統(tǒng)電源電壓的一半，從而允許完整的音頻信號(hào)在正負(fù)方向擺動(dòng)。220μF隔直流(DC blocking)電容可消除耳機(jī)負(fù)載的DC偏置。220μF電容和32Ω負(fù)載阻抗構(gòu)成了一個(gè)有22Hz轉(zhuǎn)角頻率的高通濾波器(HPF)，可覆蓋整個(gè)音頻帶寬。

圖3顯示了隨著音頻放大器的上電和掉電在耳機(jī)上出現(xiàn)的瞬態(tài)電壓波形。當(dāng)音頻放大器在DC偏置上電(退出休眠模式)或掉電(進(jìn)入休眠模式)時(shí)，由于電容器的dv/dt原理，電容的VLoad節(jié)點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)瞬間電壓變化。由于負(fù)載存在一個(gè)對(duì)地的DC路徑，使電容放電回到0V。負(fù)載兩端突然的DC電壓變化可導(dǎo)致?lián)P聲器紙盆隨瞬態(tài)脈沖電流運(yùn)動(dòng)，而出現(xiàn)雜音。

3. 音頻驅(qū)動(dòng)器DC偏置電壓

圖4顯示了一個(gè)不需要隔直流電容的音頻驅(qū)動(dòng)器輸出級(jí)應(yīng)用，因?yàn)檫@里沒(méi)有DC偏置電壓。該應(yīng)用通常使用有負(fù)擺幅能力的雙電源音頻驅(qū)動(dòng)器或單電源音頻驅(qū)動(dòng)器。音頻驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)算放大器(op-amp)可以具有范圍在±10mV至±20mV的DC偏置電壓。由于沒(méi)有使用隔直流電容，當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，這個(gè)偏置電壓直接與揚(yáng)聲器負(fù)載耦合(或在關(guān)閉時(shí)去耦)。該偏移電壓可以大到足以使揚(yáng)聲器出現(xiàn)雜音。

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