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电路改进确保优质音频
接线图
2024年03月08日 11:09 64
admin
音频设计人员面临的挑战是使高性能、低噪声模拟电路与 ASIC、处理器和 DC-DC 转换器共存。例如，考虑一下仅影响典型音频重放链中一个组件（耳机驱动程序）的问题。
典型的耳机驱动器必须用幅度范围高达 1VRMS 的信号驱动低阻抗负载（通常为 32Ω；有时低至 16Ω），同时保持源材料的动态范围。这似乎是一项简单的任务，但仔细检查会发现一些残酷的现实：
当采用单电源电压供电时，耳机输出必须保持此动态范围，该电压通常来自 DC-DC 转换器并由高速数字电路共享。
考虑到这些电路中遇到的信号幅度和负载阻抗，从电源汲取的电流峰值可达 90mA。
关闭电源或耳机驱动器时，应听不到喀哒声或瞬变声。
电源噪声
为了实现合理的信噪比 (SNR)，您必须抑制电源噪声对耳机放大器输出的影响。为此，耳机驱动器中的电源抑制 (PSRR) 至关重要。
例如，基于 CD 或 DVD 的材料的动态范围可以超过 90dB。假设音频电源电压上有 100mV 的噪声分量，且其大部分频谱内容位于音频带宽内，则耳机输出端的噪声必须降至约 30μV，才能维持 90dB 的动态范围。实际上，耳机驱动器的 PSRR 在感兴趣的频率处必须超过 70dB。
为了在整个音频频段实现这种电源抑制，需要仔细的设计方法，特别要注意放大器对频率范围内电源噪声的抑制。浏览大多数运算放大器数据表就会发现，PSRR 在 DC 附近通常很高；随着频率增加（通常为 -20dB/dec），它会急剧下降。在 20kHz 时，某些器件的 PSRR 低于 40dB。
咔嗒声和爆裂声的抑制
咔嗒声/爆裂声抑制通常描述了 IC 最大限度地减少 IC 静音或通电（或断电）时发生的突然且经常令人不安的瞬变的能力。这种行为在输出驱动器中很难实现，因为无法将下游电路静音以掩盖即将发生的异常情况。如果插入耳机，那么无论驱动它们的是什么，都不可避免地会影响或破坏音频系统的瞬态性能。 耳机驱动器通常由单电源供电，输出通过大型隔直流电容器交流耦合至插孔，如图 1 所示。这种布置可防止耳机上产生直流电压。在正常操作期间，隔直电容器两端具有直流电压，因为电容器的耳机侧处于地电位，并且放大器输出具有偏置到电源电压大约 1/2 的直流电平。首次通电时，电容器必须充电至其工作直流电压，但充电电流也必须流过负载（耳机音圈）。什么可以阻止该电流产生声音信号？
典型的耳机驱动器必须用幅度范围高达 1VRMS 的信号驱动低阻抗负载（通常为 32Ω；有时低至 16Ω），同时保持源材料的动态范围。这似乎是一项简单的任务，但仔细检查会发现一些残酷的现实：
当采用单电源电压供电时，耳机输出必须保持此动态范围，该电压通常来自 DC-DC 转换器并由高速数字电路共享。
考虑到这些电路中遇到的信号幅度和负载阻抗，从电源汲取的电流峰值可达 90mA。
关闭电源或耳机驱动器时，应听不到喀哒声或瞬变声。
电源噪声
为了实现合理的信噪比 (SNR)，您必须抑制电源噪声对耳机放大器输出的影响。为此，耳机驱动器中的电源抑制 (PSRR) 至关重要。
例如，基于 CD 或 DVD 的材料的动态范围可以超过 90dB。假设音频电源电压上有 100mV 的噪声分量，且其大部分频谱内容位于音频带宽内，则耳机输出端的噪声必须降至约 30μV，才能维持 90dB 的动态范围。实际上，耳机驱动器的 PSRR 在感兴趣的频率处必须超过 70dB。
为了在整个音频频段实现这种电源抑制，需要仔细的设计方法，特别要注意放大器对频率范围内电源噪声的抑制。浏览大多数运算放大器数据表就会发现，PSRR 在 DC 附近通常很高；随着频率增加（通常为 -20dB/dec），它会急剧下降。在 20kHz 时，某些器件的 PSRR 低于 40dB。
咔嗒声和爆裂声的抑制
咔嗒声/爆裂声抑制通常描述了 IC 最大限度地减少 IC 静音或通电（或断电）时发生的突然且经常令人不安的瞬变的能力。这种行为在输出驱动器中很难实现，因为无法将下游电路静音以掩盖即将发生的异常情况。如果插入耳机，那么无论驱动它们的是什么，都不可避免地会影响或破坏音频系统的瞬态性能。 耳机驱动器通常由单电源供电，输出通过大型隔直流电容器交流耦合至插孔，如图 1 所示。这种布置可防止耳机上产生直流电压。在正常操作期间，隔直电容器两端具有直流电压，因为电容器的耳机侧处于地电位，并且放大器输出具有偏置到电源电压大约 1/2 的直流电平。首次通电时，电容器必须充电至其工作直流电压，但充电电流也必须流过负载（耳机音圈）。什么可以阻止该电流产生声音信号？
一些设计使用 JFET 和放大器输出周围的分立元件来抑制充电电流。其他设计提供 RC 时间常数来减缓开启瞬态。这种方法通过降低干扰的频率内容来降低干扰因素。至少有一种产品采用背靠背指数斜坡（具有 S 形轮廓）来进一步抑制加电引起的爆裂声。与 RC 指数方法不同，该曲线不会导致 dv/dt 突然变化。
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