便携式设备中音频电路的设计要点

　

概要：的直流电压通过ADC进行编码，该编码反映特定的增益电平。(VOL＝VDD为完全关闭状态，VOL＝GND为最大音量状态。) 图5：此AB类音频功率放大器包含音量控制功能。 该类IC确保无咔嗒声的最佳方式是保持音量在最小输出设置，直至/SHDN拉高并且超出tON延时，然后使VVOL缓慢变化(任何超出tON的等待时间都有助于输入偏置的稳定)。音量控制允许使用大电容，同时提供可接受的咔嗒/砰砰声抑制特性(图6)。需要说明的是，输入电容增大10倍是一个极端情况，这里只是为了说明起见。 图6：利用音频IC的音量控制功能补偿大尺寸输入耦合电容。 输出耦合电容 传统的单电源放大器在输出端会有一个直流偏置电压，典型值为电源电压的一半，馈入扬声器之前需要将该直流分量从信号中去除(为了避免损坏音频线圈)，通常需要较大的输出电容来实现直流滤波。 为了避免对音频信号低频成分产生大的衰减，要求使用大电容。如果设计者需要特别平坦的通带响应，而且通带拓展至较低频率(小于100Hz)，则需选择大尺寸且价格昂贵的输出电容。例如100uF的电容，以便在32Ω负载条件下获得低达50Hz的频响。当放大器开启时，如此大的电容也会导致开启过程的咔嗒声。隔直电容以及扬声器的负载一起构成一个高通滤波器。当将直流偏置以阶跃电压形式加在

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ON进行一些实验。

了解扬声器的低频响应对于设计非常有帮助，如果功率放大器驱动的是很难恢复低频信号的小尺寸扬声器，最好将所有频率分量发送到扬声器。这种情况下，最佳选择应该是标准的C_IN值。扬声器频率响应曲线通常可从扬声器厂家、数据手册获得，也可以向厂商索取。

音量控制设计

越来越多的音频IC带有音量控制功能，可以通过串口编程设置，或者是利用DAC或数字电位器的直流电压进行调节。音量控制电路能够帮助终端产品厂商优化开启时间，如果实际应用需要特别的低频响应，不可避免地要求使用大输入电容，此时可以利用音量控制电路在一定时间内将输出保持关闭状态，完成输入偏置的建立。

图5简化电路是带有音量控制功能的功率放大器，通过一个单独引脚(VOL)控制该IC的音量，VOL引脚连接到粗调ADC的输入，加在VOL上的直流电压通过ADC进行编码，该编码反映特定的增益电平。(VOL＝V_DD为完全关闭状态，VOL＝GND为最大音量状态。)

图5：此AB类音频功率放大器包含音量控制功能。

该类IC确保无咔嗒声的最佳方式是保持音量在最小输出设置，直至/SHDN拉高并且超出t_ON延时，然后使V_VOL缓慢变化(任何超出t_ON的等待时间都有助于输入偏置的稳定)。音量控制允许使用大电容，同时提供可接受的咔嗒/砰砰声抑制特性(图6)。需要说明的是，输入电容增大10倍是一个极端情况，这里只是为了说明起见。

图6：利用音频IC的音量控制功能补偿大尺寸输入耦合电容。

输出耦合电容

传统的单电源放大器在输出端会有一个直流偏置电压，典型值为电源电压的一半，馈入扬声器之前需要将该直流分量从信号中去除(为了避免损坏音频线圈)，通常需要较大的输出电容来实现直流滤波。

为了避免对音频信号低频成分产生大的衰减，要求使用大电容。如果设计者需要特别平坦的通带响应，而且通带拓展至较低频率(小于100Hz)，则需选择大尺寸且价格昂贵的输出电容。例如100uF的电容，以便在32Ω负载条件下获得低达50Hz的频响。当放大器开启时，如此大的电容也会导致开启过程的咔嗒声。隔直电容以及扬声器的负载一起构成一个高通滤波器。当将直流偏置以阶跃电压形式加在隔直电容输出端时，电容的负载端会同时升高，并且按照电容大小以及负载确定的时间常数衰减。这个脉冲信号通过扬声器产生可闻杂音。

为了消除咔嗒声，最流行的方式是采用“无电容放大器”。通常，这样的放大器使用另外一个放大器为扬声器提供偏置，或配置成差分输出(BTL)放大器。最好的无电容放大器可直接与扬声器连接(Maxim称其为DirectDrive)，并且不需要偏置放大器或差分输出。

DirectDrive放大器包含一个内部反相电荷泵，由电荷泵为输出级产生负电压。通过正、负电源驱动输出级，因为输出信号偏置在地电位，放大器不再需要为扬声器提供偏压。设计者可将两个大的输出耦合电容换成一对小的电荷泵电容。DirectDrive放大器的动态范围是传统放大器或偏置放大器的两倍。

图7A－7D展示了三款单电源放大器，图A为输出端使用隔直电容的传统立体声音频放大器；图B为一款使用第三个放大器产生偏置电压的“无电容”放大器；图C为信号通路上毋需任何电容的DirectDrive放大器；差分输出放大器如图D所示。

图7：传统单电源音频放大器及新型“无电容”音频放大器。

直接与扬声器连接可以大大降低开机、关机时的咔嗒/砰砰声。这种情况下，咔嗒声仅与放大器的输出失调有关。DirectDrive放大器的典型输出失调电压为±1mV至±5mV，启动时小的失调电压阶跃仅产生极小的开启瞬态响应，会被听力敏感的人所觉察。

设计D类放大器

D类放大器产生开关输出，音频信息存储在输出信号的脉宽调制信号中，与AB类放大器相比具有非常高的效率，但高效率是以成本为代价。为了获得高效率，放大器的输出级必须快速切换，使输出晶体管快速通过线性区。这种高速切换会在扬声器线圈中产生大的瞬态电流，导致较强的电磁干扰(EMI)。

为了降低EMI，需要尽可能缩短扬声器与D类放大器的连线。最好将放大器放置在扬声器附近，从而缩短扬声器的引线长度，这根线能够将EMI传送到周围电路。通常很难将功率放大器放在两个扬声器附近，因为扬声器必须分开一定距离，以获得有效的立体声效果。为了在降低EMI的同时获得立体声效果，最好用两个单声道D类放大器代替立体声放大器。

如果受成本限制不能选择单声道放大器，使用长线缆时采用铁氧体磁珠可以很好地降低EMI。在每个D类放大器的输出引脚使用一个廉价的铁氧体磁珠和一个小的1nF电容即可降低EMI(假定D类放大器毋需滤波调制架构，也就是说零输入时负载电压不为零)。图8所示为输出端包含铁氧体滤波器的D类扬声器放大器，图中还提供了使用和未用铁氧体滤波器时的输出频谱对照。

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