魯思慧摘要:本文通過(guò)對(duì)影響耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器性能的噪聲紋波、瞬變雜音(咔嗒/砰聲)與psrr(電源供應(yīng)抑制比率)等關(guān)鍵參數(shù)分析，從而為便攜式設(shè)備配置與設(shè)計(jì)出高品音質(zhì)耳機(jī)放大器的新型解決方案。 1、前言 耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器面臨新的挑戰(zhàn) 當(dāng)今消費(fèi)者對(duì)于高端娛樂(lè)的需求不斷增長(zhǎng),猶如在使用便攜式設(shè)備(如筆記本電腦等)時(shí)能享受著聆聽(tīng)音樂(lè)、影視劇和新聞的嶄新方式，同時(shí)還要求靈活性更強(qiáng)、品質(zhì)更佳的多功能產(chǎn)品, 以獲得在移動(dòng)或固定使用狀態(tài)下獲得最佳聆聽(tīng)體驗(yàn)。 據(jù)此，對(duì)音頻設(shè)計(jì)人員的挑戰(zhàn)是制作設(shè)計(jì)出與asic、處理器以及dc-dc轉(zhuǎn)換器共存的高性能、低噪聲模擬電路。而便攜式系統(tǒng)中的低噪聲模擬電路-耳機(jī)放大器實(shí)際為一小型動(dòng)的功率放大器，其輸出功率雖然可能只有≤0.5w，但卻能推動(dòng)低輸入阻抗的負(fù)載并為耳機(jī)提供所需的電源。應(yīng)該說(shuō),它是影響典型音頻重放通路中的一個(gè)關(guān)鍵元件。為什么這樣講呢？主要考慮耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器面臨著如下新的挑戰(zhàn)： *便攜式系統(tǒng)(如筆記本pc)的耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出在保持原始信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的同時(shí)，必須用幅值達(dá)1vrms的信號(hào)驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載(典型值為32ω或有時(shí)低至16ω)。這個(gè)要求看起來(lái)簡(jiǎn)單，但進(jìn)一步分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)它所面臨的電源環(huán)境令人煩惱,即在單電源供電時(shí)，耳機(jī)輸出必須保持動(dòng)態(tài)范圍，而該電源電壓通常要從dc-dc轉(zhuǎn)換器獲取,并要與高速數(shù)字電路共用,這就帶來(lái)苛刻要求。 *根據(jù)這些耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器電路的信號(hào)幅值與負(fù)載阻抗，要從dc-dc電源吸取的電流峰值可達(dá)90ma,這無(wú)疑將使dc-dc電源產(chǎn)生較大紋波。 *關(guān)斷電源或耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí)，應(yīng)當(dāng)聽(tīng)不見(jiàn)咔嗒聲與瞬態(tài)雜音,這無(wú)疑也將增加技術(shù)措施。 根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)(iec)的標(biāo)準(zhǔn),對(duì)高保真(hi-fi)耳機(jī)的最低電聲標(biāo)準(zhǔn)有如下規(guī)定見(jiàn)表1所示) 從上述可看出, 要制作出并能嵌入便攜式系統(tǒng)中的能高性能、低噪聲耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器。實(shí)際上是妥要解決一系列的干擾因素,即電源噪聲、雜音抑制等技術(shù)問(wèn)題,才能得到實(shí)現(xiàn)。 2、關(guān)于電源噪聲的起因與抑制 2.1首先分析一下引起電源噪聲原因才能找出抑制的方案。 *電源的干擾:交流電上那些耗電極大的強(qiáng)功率動(dòng)力裝置便會(huì)產(chǎn)生噪聲干擾； *自身產(chǎn)生干擾:便攜式系統(tǒng)自身也是一種產(chǎn)生電磁干擾的干擾源,如筆記本電腦以及任何使用微處理器的便攜式設(shè)備都會(huì)通過(guò)各自的電源線向市電電源中加進(jìn)噪聲干擾； *便攜式系統(tǒng)還會(huì)通過(guò)交流地源的地線將其它便攜式設(shè)備傳送噪聲,這是因?yàn)闊o(wú)論是ac變換成dc或dc-dc變換器,其直流電源時(shí)地線上的數(shù)字噪聲便可能會(huì)進(jìn)入前置放大器；又如當(dāng)直流整流電源的電容漏電時(shí), dc-dc上噪聲也會(huì)進(jìn)入地線。 2.2電源噪聲的抑制方案 由此看來(lái),為了實(shí)現(xiàn)合理的信噪比，其關(guān)鍵是必須抑制電源噪聲對(duì)耳機(jī)放大器輸出的影響。例如，基于cd或dvd信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍可能超過(guò)90db。假定音頻電源電壓上存在100mv的噪聲，其頻譜成分的絕大部分位于音頻帶寬以內(nèi)，為了維持90db動(dòng)態(tài)范圍，必須將耳機(jī)輸出的噪聲降低至30µv左右。為了達(dá)到這一目的，在感興趣的頻率點(diǎn)耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器的psrr(電源供應(yīng)抑制比率)必須超過(guò)70db。 要在音頻頻帶獲得上述電源抑制比，必須采用考慮周全的設(shè)計(jì)方案，使放大器對(duì)音頻范圍內(nèi)的電源噪聲提供一定的抑制能力。瀏覽絕大多數(shù)運(yùn)放的數(shù)據(jù)資料后會(huì)發(fā)現(xiàn)，psrr在接近dc電壓處通常較高，而隨著頻率增加，將急劇下降(通常是-20db/十倍頻程)。在20khz處，一些器件的psrr低于40db。 一些dc-dc轉(zhuǎn)換器在音頻頻譜的上端產(chǎn)生更高的噪聲成分。盡管可以證實(shí)在那些頻率上聽(tīng)得到的成分很少，但是仍然可以在耳機(jī)輸出端測(cè)量到噪聲。 由于絕大多數(shù)耳機(jī)放大器都不能提供足夠的psrr，為此可以加入外部低壓差穩(wěn)壓器(ldo)來(lái)凈化耳機(jī)放大器的電源。如何設(shè)計(jì)或配置出加入外部低壓差穩(wěn)壓器(ldo)呢？ 2.21那就是用低功運(yùn)算放大器來(lái)構(gòu)成減少音頻紋波電路（見(jiàn)圖1所示）而在便攜式應(yīng)用中(例如移動(dòng)電話和多媒體筆記本電腦中),它為驅(qū)動(dòng)頻音電路提供了純凈的5v電源。大多數(shù)線性穩(wěn)壓器只能抑制高至1000hz左有的噪聲，若采用傳統(tǒng)的低頻無(wú)源濾波器,則體積會(huì)增大使之在便攜式應(yīng)用中不受歡迎，而圖1所示的電路減少音頻紋波達(dá)40db。 圖1所示的電路的分析 圖1所示的電路接受4.5v至6v范圍內(nèi)帶噪聲的vcc,通過(guò)由max495低功耗運(yùn)算放大器構(gòu)成電路將輸出vout為0.93*vin的無(wú)噪聲的直流電平vcc。例如，在輸出電流iout為1a時(shí)它可從額定5v的電源產(chǎn)生4.65v，而靜態(tài)電流僅200µa。其圖1所示的電路特是是外形非常小：只有一個(gè)s0t23晶體管，—個(gè)µmax(縮小so-8)運(yùn)故，以及-幾個(gè)無(wú)源元件。最大的電容器是10µf，電阻可以是0.1w或其表面安裝(smt)型。 工作時(shí)，該音頻紋波電路起寬帶緩沖電壓跟隨器的作用(不是穩(wěn)壓器),其vout直流輸出電平比vin低7%(即為4.65v),r1和r3構(gòu)成分壓器它提供7%的衰減，c4有助于