音频杂讯和破音的表征与解决之道

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1、音频杂讯和破音的表征与解决之道作者：TimLok，Intersil公司 简介 音频杂讯和破音（clickandpop）是扬声器或耳机产生的不良噪声。它是由注入扬声器线圈的瞬态电流脉冲引起的，该电流瞬间移动进出扬声器纸盆就造成了杂讯和破音。杂讯和破音可能使人的耳朵感到不愉快和厌烦。当音源上电或掉电（poweringupordown），或当音频信号减弱或被不同负载复用时，就会产生杂讯和破音。这些情况产生的瞬态脉冲通过扬声器负载放电，从而造成一种不良的杂讯和破音。 为了延长电池寿命，笔记本电脑、手机、MP3播放器等便

2、携式媒体设备采用了节能设置（如待机、休眠模式等），同时集成了USB或多个音源开关，杂讯和破音瞬变正变得日益突出。本文介绍了杂讯和破音瞬变是如何产生和测量的。文章提出了对杂讯和破音的客观和主观定性。还提出了一项旨在减少瞬变出现以消除杂讯和破音的方针。文章还对不同的杂讯和破音消除技术与某些设计实例中的Intersil器件的性能进行了比较。 杂讯和破音的来源 杂讯和破音瞬变的一些常见原因是： •电源瞬变•DC输入瞬变•音频驱动器偏移电压 1. 电源瞬变 当音频元件的DC电源转换开（ON）关（OFF）时，由于变化的电源

3、电压转换速率（slewrate）的缘故，扬声器或耳机的电压可能出现反跳（bounce）。尽管电源旁路（by-pass）电容有助于减少一个元件电源引脚上的噪声尖峰，如图1所示的建立在V+引脚的低通滤波器（LPF）之上的一项技术，可以进一步减少电源引脚的瞬变。 在IC的Vbattery电源引脚和V+引脚之间放上一个串联电阻RSeries，就构成了一个带有去耦电容Cin的低通滤波器（LPF）。由于Intersil的音频开关IC消耗的电源电流≤10μA，这个解决方案很有效，在大小适当时，可以使串联电阻两端的电压降忽略不

4、计。这个LPF可将DC电压的快转换速率瞬变转换成IC电源引脚上较慢的指数斜率。较慢的斜坡电压可以最大限度地减少电源的开关瞬变，同时消除开关输出端所有的注入电荷，这些电荷会导致负载上的杂讯和破音。10 图1：电源输入滤波器 2.DC输入瞬变  图2：单电源音频放大器驱动器的AC耦合负载（图字：扬声器） 图2显示了一个简化布局的驱动一个32W耳机的单电源音频放大器，它广泛用于许多便携式媒体播放器。音频放大器的输出信号DC偏置在系统电源电压的一半，允许在正负方向的完整的音频信号摆幅。220μF隔直流（DCblocki

5、ng）电容可消除耳机负载的DC偏置。220μF电容和32W负载阻抗构成了一个有22Hz转角频率的高通滤波器（HPF），可覆盖整个音频带宽。 10 图3：来自DC输入瞬变的杂讯和破音瞬变（图字：上电瞬变，掉电瞬变） 图3显示了随着音频放大器的上电和掉电在耳机上出现的瞬态电压波形。当音频放大器在DC偏置上电（退出休眠模式）或掉电（进入休眠模式）时，由于电容器的dv/dt的原理，电容的VLoad节点会出现一个瞬间电压变化。由于负载存在一个对地的DC路径，使电容放电回到0V。负载两端突然的DC电压变化可导致扬声器纸盆随

6、瞬态脉冲电流运动，而出现杂讯和破音。 3.音频驱动器DC偏置电压   图4：有DC耦合负载的音频放大器（图字：运算放大器DC偏移，32W耳机） 10图4显示了一个不需要隔直流电容的音频驱动器输出级的应用，因为这里没有DC偏置电压。这个应用通常使用有负摆幅能力的双电源音频驱动器或单电源音频驱动器。音频驱动器的运算放大器（op-amp）可以有范围在±10mV至±20mV的DC偏移电压。由于没有使用隔直流电容，当开关打开时，这个偏移电压直接与扬声器负载耦合（或在关闭时去耦）。这个偏移电压可以大到足以导致扬声器出现杂讯

7、或破音。 杂讯和破音的表征 到目前为止，重点一直是在杂讯和破音的来源。在这一节给出了杂讯和破音瞬变的波形。表征了在一个正常（典型、环境）聆听环境中加载的各种前置放大器（pre-amp）、扬声器和耳机表现出来的杂讯和破音瞬变。完成这次测试的扬声器距离听众的耳朵6英寸，并有一个正常应用的耳机戴在耳朵上。下面的结果表明，杂讯和破音是在以下共有条件下在负载上产生的结果： 对于一个32W耳机： 1.脉冲转换速率超过6.35V/s。2.脉冲宽度超过0.6μs。3.脉冲幅度超过2mV。 对于一个10kW输入阻抗的前置放大器，

8、设置增益为10来驱动4W扬声器： 1.脉冲转换速率超过25V/s。2.脉冲宽度超过0.6μs。3.脉冲幅度超过10mV。 对于一个20kW输入阻抗前置放大器，设置增益为10来驱动8W扬声器： 1.脉冲转换速率超过20V/s。2.脉冲宽度超过0.6μs。3.脉冲幅度超过10mV。 通过将瞬态脉冲的转换速率、宽度或幅度减少到低于上述阈值，就可以将杂讯和破音降低到听不到的水平。Intersi