音频系统应用中的“POP”噪声以其常用解决方法

文章摘要：图4：OCL输出结构。增大VBIAS的滤波电容 音频集成电路通常都有一个管脚叫做Vbias，或者Vref、Vmid、Vsvr、bypass等，它是内部直流基准电压，若要内部电路能工作，这个偏置电压必须建立起来。实际应用时，该管脚通常外接一个旁路电解电容到地，该电容起滤除噪声的作用。 对于使用正电压的单电源系统来说，当系统工作稳定时，基准电压值约等于Vdd/2。增大这个电容的容值能抑制“POP”噪声。当芯片上电或从待机状态切换到工作状态时，直流偏置电压开始建立，从0逐渐升高，并对Vbias滤波电容充电。 图5：单端模式电路的“POP”噪声与Vbias电压的仿真波形。 经过一定时间后

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图4：OCL输出结构。

增大V_BIAS的滤波电容

音频集成电路通常都有一个管脚叫做Vbias，或者Vref、Vmid、Vsvr、bypass等，它是内部直流基准电压，若要内部电路能工作，这个偏置电压必须建立起来。实际应用时，该管脚通常外接一个旁路电解电容到地，该电容起滤除噪声的作用。

对于使用正电压的单电源系统来说，当系统工作稳定时，基准电压值约等于Vdd/2。增大这个电容的容值能抑制“POP”噪声。当芯片上电或从待机状态切换到工作状态时，直流偏置电压开始建立，从0逐渐升高，并对Vbias滤波电容充电。

图5：单端模式电路的“POP”噪声与Vbias电压的仿真波形。

 

 

 

 

 

 

 

 

经过一定时间后，电压上升到Vdd/2，此时芯片就可以工作了，输出的音频信号基于这个直流电压上下摆动。同样，当芯片掉电或进入待机状态时，滤波电容放电，偏置电压开始下降，从Vdd/2下降到0。实验证明，芯片上电、掉电时的“POP”声就是由偏置电压的瞬间跳变引起的。

图5是仿真结果，红线代表Vbias电压，蓝线代表单端模式的负载端输出(在耦合电容之后，如图1的左边电路，Co＝220uF，RL＝16Ω）。如果Vbias跳变得缓慢，“POP”冲击就会减小(如图6所示)，此时的冲击脉冲变宽，幅度有所下降，“POP”声也变小了。使Vbias的上升、下降过程变缓，就可增加基准电压的跳变延时。假定滤波电容的充放电电流是个常数，可把这个过程简化成一阶RC模型，根据公式(1)，可计算出电压从0上升到Vbias/2，或者从Vbias/2下降到0所需的时间。

t_dalay＝0.69*R*C (1)

         图6：Vbias跳变变缓后，“POP”噪声的仿真波形。

因此，增大Vbias的滤波电容可以减缓直流基准电压的上升、下降速度，起到减少“POP”噪声的作用。图7是增大电容后，基准电压跳变变缓的效果，其中红线代表电源电压Vdd，蓝线代表Vbias电压(假设Vdd＝5.0V，Vbias＝2.5V)。

有些音频芯片集成了一个固定的延时电路单元，上电后需要经过一段固定延时，Vbias才开始缓慢上升到稳定状态，此时从低电压到高电压的上升延时时间为tpLH。当芯片掉电时，集成电路的实现方式使其很难再延时一段时间才开始下降，但是仍可以增大从高电压到低电压的下降延时时间tpHL，以达到更好的抑制效果，此时只需使放电时的等效电阻大于充电时的等效电阻即可。图8显示了MAX9890 的Vbias变化时序。

图7：耦合电容不同时的“POP”冲击波形。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tpLH＝0.69*R_charge*C_BIAS (2)

tpHL＝0.69*R_discharge*C_BIAS (3)

需要注意的是，滤波电容过大会使芯片的建立时间变长，使人感觉声音“久久”没有输出。另外，电容过大还会使音频系统的重要指标?D?D总谐波失真＋噪声(THD＋N)变差。这里不解释详细原因，取值时请参考相应的数据手册并进行折衷选择。

减小输出端的耦合电容

对于单端的输出结构，在单电源系统中通常需要接一个电容(如图1所示)。这个电容的作用是：(1)隔断直流基准电压Vbias。如果没有隔直，直流电压会直接流过后面的扬声器线圈，使纸盆平衡位置偏向一端，若Vbias过大还可能损坏线圈。(2)耦合交流音频信号。它与扬声器负载构成了一阶高通滤波器(HPF)，根据公式(4)，电容的大小与低频处的截止频率fc有关。

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