音頻雜訊和破音的表征與解決之道

　　音頻雜訊和破音(click and pop)是揚聲器或耳機產(chǎn)生的不良噪聲。它是由注入揚聲器線(xiàn)圈的瞬態(tài)電流脈沖引起的，該電流瞬間移動(dòng)進(jìn)出揚聲器紙盆就造成了雜訊和破音。雜訊和破音可能使人的耳朵感到不愉快和厭煩。當音源上電或掉電(powering up or down)，或當音頻信號減弱或被不同負載復用時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生雜訊和破音。這些情況產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖通過(guò)揚聲器負載放電，從而造成一種不良的雜訊和破音。

　　雜訊和破音的來(lái)源

　　雜訊和破音瞬變的一些常見(jiàn)原因是：電源瞬變;DC輸入瞬變;音頻驅動(dòng)器偏移電壓。

　　1. 電源瞬變

　　當音頻元件的DC電源轉換開(kāi)(ON)關(guān)(OFF)時(shí)，由于變化的電源電壓轉換速率(slew rate)的緣故，揚聲器或耳機的電壓可能出現反跳(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所示的建立在V+引腳的低通濾波器(LPF)之上的一項技術(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，在大小適當時(shí)，可以使串聯(lián)電阻兩端的電壓降忽略不計。這個(gè)LPF可將DC電壓的快轉換速率瞬變轉換成IC電源引腳上較慢的指數斜率。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 )導致負載上的雜訊和破音。

　　2. DC輸入瞬變

　　圖2顯示了一個(gè)簡(jiǎn)化布局的驅動(dòng)一個(gè)32Ω耳機的單電源音頻放大器，它廣泛用于許多便攜式媒體播放器。音頻放大器的輸出信號DC偏置在系統電源電壓的一半，允許在正負方向的完整的音頻信號擺幅。220μF隔直流(DC blocking)電容可消除耳機負載的DC偏置。220μF電容和32Ω負載阻抗構成了一個(gè)有22Hz轉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(zhù)音頻放大器的上電和掉電在耳機上出現的瞬態(tài)電壓波形。當音頻放大器在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的原理，電容的VLoad節點(diǎn)會(huì )出現一個(gè)瞬間電壓變化。由于負載存在一個(gè)對地的DC路徑，使電容放電回到0V。負載兩端突然的DC電壓變化可導致?lián)P聲器紙盆隨瞬態(tài)脈沖電流運動(dòng)，而出現雜訊和破音。

　　3. 音頻驅動(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動(dòng)器輸出級的應用，因為這里沒(méi)有DC偏差電壓。這個(gè)應用通常使用有負擺幅能力的雙電源音頻驅動(dòng)器或單電源音頻驅動(dòng)器。音頻驅動(dòng)器的運算放大器(op-amp)可以有范圍在±10mV至±20mV的DC偏置電壓。由于沒(méi)有使用隔直流電容，當開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，這個(gè)偏置電壓直接與揚聲器負載耦合(或在關(guān)閉時(shí)去耦)。這個(gè)偏移電壓可以大到足以導致?lián)P聲器出現雜訊或破音。