音频系统应用中的“POP”噪声以其常用解决方法

文章摘要：“POP”噪声是指音频器件在上电、断电瞬间以及上电稳定后，各种操作带来的瞬态冲击所产生的爆破声。本文将讨论几种常用的解决方法及其工作原理，这些方法针对具体的集成电路具有各自特点，应用时需要根据实际情况综合考虑。 本文提到的音频系统是指音频半导体器件，包括音频数模转换器、模数转换器、音频放大器等的应用系统。 产生“POP”噪声的瞬态冲击通常是一种很窄的尖脉冲，用傅立叶分析展开后，其频谱分量很丰富，且在频域内的能量分布相对平均。 本文下面讨论的几种“POP”噪声解决方法的目的，就是要降低20Hz~20kHz范围内的谐波分量。对绝大多数人而言，如果信号的峰峰值电压小于10mV，就已经听不见了。 桥式

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“POP”噪声是指音频器件在上电、断电瞬间以及上电稳定后，各种操作带来的瞬态冲击所产生的爆破声。本文将讨论几种常用的解决方法及其工作原理，这些方法针对具体的集成电路具有各自特点，应用时需要根据实际情况综合考虑。

本文提到的音频系统是指音频半导体器件，包括音频数模转换器、模数转换器、音频放大器等的应用系统。

产生“POP”噪声的瞬态冲击通常是一种很窄的尖脉冲，用傅立叶分析展开后，其频谱分量很丰富，且在频域内的能量分布相对平均。

本文下面讨论的几种“POP”噪声解决方法的目的，就是要降低20Hz~20kHz范围内的谐波分量。对绝大多数人而言，如果信号的峰峰值电压小于10mV，就已经听不见了。

桥式(BTL)输出与单端(SE)输出

桥式结构输出相对单端模式输出而言有很多优点，比如桥式模式可在相同的电源电压Vdd条件下，输出较高的电压V_OBTL＝2*V_OSE，在相同的负载条件下输出更大的功率。

图1为这两种输出电路的示意图。

需要指出的是，桥式模式能有效抑制共模噪声。输出功率相同时，桥式模式的噪声明显小于单端模式的噪声(如图2所示，蓝色通道接负载两端，绿色通道接电源Vdd)。这是因为相同的冲击会同时出现在桥式输出结构的“＋”、“－”两端，并通过负载后相互抵消，不对扬声器做功，因而不会发出“POP”声。这种结构对于上电、掉电噪声以及操作噪声都有很好的抑制作用。

图1：单端模式与桥式模式输出电路示意图。

常见的桥式结构有两种，它们对抑制“POP”声的能力有细微差别。

图3左边的电路是两个放大单元并联连接，同一个输入信号分别进入两个放大单元AMP1、AMP2的“＋”、“－”输入端，而且使它们的放大倍数保持相同、相位保持相反(相差180度)。

在这里，AMP1单元网络的增益GAIN_UP＝-R9/R8＝-2，AMP2单元网络的增益GAIN_DOWN＝1＋R11/R12＝2。单个电阻的精度误差通常为±30%，但在同一个芯片内，这种偏差朝同一个方向，如果设计恰当，电阻比值的精度可以保证在±1%以内。AMP1、AMP2的DC参数也同样朝同一个方向偏差，所以在“＋”、“－”输出端可以很好地抵消共模信号。

图2：桥式模式与单端模式输出的“POP”噪声。

图3右边的电路则采用级联形式，前一级的输出信号进入下一级的“－”输入端，AMP4单元网络的增益GAIN_BACK＝-R14/R13＝-1。事实上，AMP3的输出经过AMP4反向后会有一定的延时，在“＋”、“－”输出端并不能完全抵消。AMP3的失调电压等支流误差信号会在AMP4中复制，并与AMP4的失调电压一起送到“＋”端，而无法与“－”端完全抵消。因此这种结构抑制“POP”声的效果略差一些，通常用在小功率器件中。

图3：桥式结构的两种电路形式。

除此之外，还有一种结构也能有效抑制共模噪声，那就是无输出耦合电容(OCL)结构(见图4)。该结构与桥式结构非常类似，在输出端将直流共模电压抵消掉，只有交流信号对负载作功。与桥式结构一样，OCL结构由于省去了耦合电容，可给音频系统带来另外一个好处，即系统的频率响应可以延伸到很低的范围，后面将对此作详细介绍。

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