如何設計可支持差分和單端信號的便攜式產(chǎn)品音頻接
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MP3播放器或手機的輸出是單端信號，可驅動(dòng)32Ω的耳機揚聲器。典型外置揚聲器系統的揚聲器阻抗是4至8Ω，每個(gè)聲道可能會(huì )有多個(gè)揚聲器。不過(guò)32Ω的驅動(dòng)器難以驅動(dòng)這些低阻抗揚聲器，無(wú)法為終端用戶(hù)提供足夠的音量。
外部揚聲器系統因品質(zhì)、音量及揚聲器數目的不同而有所區別，因此通用放大器不適于驅動(dòng)這些揚聲器。例如，MP3播放器的揚聲器系統具有耳機插孔輸入端，并能支持單端輸出的立體聲信號。而某些新型高端揚聲器系統則可支持差分信號，為了后向兼容，這些新系統也必須能支持單端信號。
由于差分信號是單端信號的兩倍，因而單端信號和差分信號將產(chǎn)生不同的音量。由于人的聽(tīng)力和聲音大小的關(guān)系符合對數曲線(xiàn)規律，因此不能采用線(xiàn)性的控制方式(圖1)。
對于可將輸入信號放大到與輸出相等信號的單端/差分音頻放大器，有幾種方法可以對其進(jìn)行檢測和實(shí)現。系統之間的接口連接器應至少有5個(gè)引腳才能提供差分信號。需要注意的是，兩個(gè)器件之間的共地連接非常重要。表面上看，由于信號是直流隔離的，因而交流耦合電容無(wú)需接地，但實(shí)際經(jīng)驗證明接地是提供理想噪聲性能所必需的。
圖1：音量與音頻系統的輸出功率之間不是線(xiàn)性關(guān)系。
檢測差分信號的第二種方法，是利用比較器來(lái)檢測信號的直流電平，或是接地或是差分信號。以上兩種方法的輸入信號都必須通過(guò)低通濾波器。原始信號必須分離為其直流電平的50%至25%，如果系統在低頻、高峰峰值交流信號的差分模式下，將導致錯誤的檢測結果。若原始信號的直流電平是地電平的話(huà)，這種技術(shù)也不能使用。圖2所示此類(lèi)電路的實(shí)例。
圖3：音頻放大器的直接實(shí)現方法
音頻放大器最容易的實(shí)現方法是將信號輸入到一個(gè)放大器中(圖3)。在單端模式下，該差分輸入不產(chǎn)生信號，允許正相輸入設置為0.5Vcc，這是標準的單端輸入配置。模擬開(kāi)關(guān)保持在斷開(kāi)狀態(tài)，以使放大器輸出2倍的增益。在差分模式下，模擬開(kāi)關(guān)閉合，增益變?yōu)?。因此對于不同的輸入模式，這兩種輸入信號都會(huì )產(chǎn)生相同的輸出信號幅度。
圖4：運算放大器用于在差分音頻放大器中產(chǎn)生反向信號
替代運算放大器產(chǎn)生差分信號的另一個(gè)方法是采用1:1的變壓器。該變壓器可簡(jiǎn)化電路，但增加了尺寸，特別是高度。需要注意的是，變壓器的頻率范圍必須處于系統能夠放大的音頻信號范圍之內。原始的輸入信號必須采用交流旁路電容來(lái)使直流與地隔離。模擬開(kāi)關(guān)用于使該放大器的增益在2倍(單端輸入)和1倍(差分輸入)之間進(jìn)行轉換。變壓器電路的簡(jiǎn)化實(shí)現方法如圖5所示。完整的電路還必須包括其它元件，以便平衡輸入。
圖5：變壓器簡(jiǎn)化了差分信號的產(chǎn)生
最簡(jiǎn)單的實(shí)現方法是在電位計中的輸入音頻信號和地之間放置一個(gè)電阻，滑動(dòng)端與音頻放大器的輸入相連接?；瑒?dòng)端的輸出與輸入信號成比例。如果音頻放大器需要大電流輸入，則將影響音頻放大器的輸入電阻比例，因而不會(huì )產(chǎn)生期望的增益。當電容與電位計阻抗相關(guān)時(shí)，會(huì )出現其它問(wèn)題，很可能產(chǎn)生旁路濾波器(在電位計中濾掉某些頻率的信號)。
6：在電位計上增加一個(gè)運算放大器會(huì )影響音頻放大器的增益變化
有幾種方法可實(shí)現支持單端和差分輸入的音頻系統。這些方法需要克服一些問(wèn)題，特別是在牽涉到音量控制時(shí)。每種電路都有其優(yōu)點(diǎn)，這取決于設計者的喜好和系統驅動(dòng)的輸出揚聲器要求。
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