在便攜式產(chǎn)品設(shè)計(jì)中很容易遇到與音頻相關(guān)的特殊問題，由于音頻電路看似簡單，規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)工程師通常不會(huì)在相對(duì)低頻的音頻電路(20Hz至20KHz)中花費(fèi)太多時(shí)間。本文試圖從最基本的音頻電路設(shè)計(jì)入手，為工程設(shè)計(jì)人員提供一定的設(shè)計(jì)參考意見和方法。
最后開啟音頻電路
這個(gè)簡單的原則可能最為重要，但卻經(jīng)常被系統(tǒng)設(shè)計(jì)者所忽略。功率放大器無法區(qū)分噪音、咔嗒聲和信號(hào)。如果過早地開啟功放，它會(huì)不加區(qū)分地放大所有輸入信號(hào)。便攜式產(chǎn)品播放電路通常包含數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、功放、揚(yáng)聲器或耳機(jī)(圖1)。存儲(chǔ)器中的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過解碼后發(fā)送到DAC進(jìn)行轉(zhuǎn)換，DAC的模擬輸出通過電容交流耦合到功放的輸入端，放大器必須能夠提供足夠的電流驅(qū)動(dòng)低阻揚(yáng)聲器。如上所述，放大器使能后將放大進(jìn)入其輸入端的任何信號(hào)，包括有用信號(hào)、噪聲、咔嗒或嘭嘭聲。
如圖2所示，揚(yáng)聲器放大器連接在8Ω揚(yáng)聲器和音頻DAC之間。DAC輸出與功放之間的交流耦合電容是必需的，以保證兩個(gè)器件具有適當(dāng)?shù)妮斎牒洼敵銎秒妷骸４蠖鄶?shù)音頻放大器的輸出端含有偏置電壓，為了可靠傳輸音頻信號(hào)需要將此偏置電壓預(yù)先設(shè)置好。在開啟功率放大器之前必須留出一定的時(shí)間間隔，以便建立適當(dāng)?shù)钠秒妷骸＜偃邕^早地開啟功率放大器，DAC輸出正處于爬升階段的偏置電壓對(duì)于放大器輸入來說相當(dāng)于一個(gè)衰減脈沖。該信號(hào)經(jīng)過-放大器放大后進(jìn)入揚(yáng)聲器，產(chǎn)生可聞的咔嗒聲。
圖2假定功率放大器已經(jīng)開啟，并在DAC開啟之前已經(jīng)建立輸入偏置。DAC使能后，節(jié)點(diǎn)A的電壓會(huì)爬升到如圖所示的DAC輸出偏置電壓。當(dāng)DAC的偏置電壓爬升時(shí)，由耦合電容以及放大器的輸入電阻構(gòu)成的高通濾波器在節(jié)點(diǎn)B會(huì)產(chǎn)生一個(gè)毛刺，經(jīng)過放大器后的輸出信號(hào)等于輸入信號(hào)之間的差值[(IN+)-(IN-)]乘以放大器的增益。
低頻響應(yīng)與輸入時(shí)間常數(shù)
用于隔離DAC的偏置電壓與功放輸入端口的輸入電容，與放大器的輸入阻抗一起構(gòu)成高通濾波器?？梢钥紤]使用較大容量的電容以降低低頻衰減，但由于功率放大器的輸入偏置電壓，增大了的輸入時(shí)間常數(shù)可能導(dǎo)致輸出砰砰聲。假如放大器在輸入穩(wěn)定之前開啟，就會(huì)導(dǎo)致砰砰聲。功率放大器輸入端的簡化模型中以RIN表示輸入阻抗，前置放大器的同相端連接到內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，這個(gè)輸入結(jié)構(gòu)是單電源功率放大器的典型結(jié)構(gòu)。
圖1：典型的音頻子系統(tǒng)。
圖2：大尺寸耦合電容以及輸入、輸出偏置電壓共同導(dǎo)致?lián)P聲器子系統(tǒng)的咔嗒聲。
當(dāng)放大器的/SHDN拉高之后，經(jīng)過一個(gè)固定延時(shí)后放大器被激活。該延時(shí)稱為開啟時(shí)間(tON)，在器件手冊(cè)的電特性部分有具體定義。圖3所示是當(dāng)/SHDN拉高并且輸入電容為推薦值時(shí)，功率放大器輸入、輸出端的波形。可以看到，功率放大器的輸入偏置電壓在/SHDN拉高之后開始爬升，但輸出級(jí)仍然關(guān)閉。輸入偏置電壓達(dá)到正常值的時(shí)間由電容CIN和放大器的輸入電阻(RIN)決定，合理設(shè)置放大器的開啟時(shí)間使其在輸出級(jí)開啟之前建立穩(wěn)定的輸入偏置電壓。對(duì)于大多數(shù)功率放大器，開啟時(shí)間是固定的(圖3中，tON = 24ms)。
圖3：選擇適當(dāng)輸入耦合電容時(shí)，圖2電路的輸入、輸出波形。
設(shè)置開啟時(shí)間時(shí)，IC設(shè)計(jì)工程師必須考慮放大器的輸入阻抗以及輸入偏置電壓和輸入偏置電容，輸入電容由應(yīng)用工程師選擇，以提供快速響應(yīng)的時(shí)間常數(shù)并保證低頻響應(yīng)盡可能平坦為目標(biāo)。圖3的測(cè)試波形表明/SHDN引腳拉高后，輸入偏置電壓爬升到正常值，延遲tON并激活輸出端。如果在此過程中，被激活的輸出平穩(wěn)開啟，揚(yáng)聲器不會(huì)發(fā)出咔嗒聲。
