手机设计中Pop噪声的处理方法

文章摘要：手机日益普及，已成为生活中不可缺少的通讯工具。而且手机的功能已不仅仅限于通话，手机早已成为时尚潮流的标志和音频视频娱乐的一个载体，MP3、FM收音机、手机电视、数码拍照等等都逐渐成为中高端手机必不可少的功能。尤其是音乐手机的推出对手机的音质提出了更高的要求。然而在手机音频的设计中，Pop噪声问题一直是困扰工程师的难题之一。本文将分别阐述针对手机的扬声器和立体声耳机Pop噪声的产生机理，并介绍意法半导体针对这些问题提出的解决方法。 Pop 噪声 手机用音频器件大部分都采用单电源供电，因为这样可以简化电源的设计和延长待机时间。而这时，音频放大器的输入信号和输出信号往往会叠加上0.5倍电源电压的直

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手机日益普及，已成为生活中不可缺少的通讯工具。而且手机的功能已不仅仅限于通话，手机早已成为时尚潮流的标志和音频视频娱乐的一个载体，MP3、FM收音机、手机电视、数码拍照等等都逐渐成为中高端手机必不可少的功能。尤其是音乐手机的推出对手机的音质提出了更高的要求。然而在手机音频的设计中，Pop噪声问题一直是困扰工程师的难题之一。本文将分别阐述针对手机的扬声器和立体声耳机Pop噪声的产生机理，并介绍意法半导体针对这些问题提出的解决方法。 

Pop 噪声

手机用音频器件大部分都采用单电源供电，因为这样可以简化电源的设计和延长待机时间。而这时，音频放大器的输入信号和输出信号往往会叠加上0.5倍电源电压的直流电压偏置。所以，在音频输入端需要加输入电容（Cin）滤除音源的偏置电压（Vbias）；在输出端使用单端接法时，也需要输出电容（Cout）滤掉这个偏置电压，避免它在扬声器两端产生额外功耗。另外，还需要一个偏置电容（Cbias）来稳定偏置电压，同时提高音频功放的电压抑制比。

Pop噪声是指音频放大器在上电、断电瞬间以及在待机切换时，电源对输入电容，偏置电容或输出隔直电容充电所产生的爆破声。对电容的瞬时充电往往在输出端会产生一个尖峰电压，此电压加在扬声器两端，如图1所示，生成电流并切割磁力线，产生作用力，使扬声器发出Pop-click噪声。

手机扬声器的Pop噪声解决方法

TS4990是意法半导体具有1.2W输出能力的单声道AB类放大器，其典型应用原理图如图2所示，图2a和图2b分别是单端和差分接法，而输出皆采用了BTL方式，不仅可以增大输出功率，也取消了输出端隔直电容。在图中可以看到输入电容Cin和偏置电容Cb，此时Pop噪声的原因就是两电容的充电顺序问题。

在放大器启动时，作为音频放大器内部偏置电压滤波器的旁路电容Cb以一个恒定的速率线性充电，如图3所示，在Cb两端电压充电到0.5倍电源电压时放大器才开始正常工作，这个充电时间就是音频放大器的启动时间。在启动时间内，放大器输出端无任何信号输出。同时，输入电容Cin也以指数的速率充电，但是其充电回路中串联了增益电阻Rin，增益电阻往往是几十kΩ，这样大大延长了其充电时间。如果在启动时间内，Cin完成充电，则不会有Pop噪声问题，但是如果Cin在启动时间内没有完成充电，会产生Pop噪声，如图3中红线所示。这是因为旁路电容Cb已经完成充电，正常工作的音频放大器把Cin充电的信号放大到放大器输出端，产生了如图1的噪声电压。

为了消除Pop噪声，要选择合适的Rin、Cin、Cb的值，确保要在Cb充电完成之前Cin已经完成充电，也就是说，Cin的时间常数tin应该远小于与Cb对应的启动时间Tb：tin< 图4分别是与Cb对应的启动时间和Cin时间常数最大值，可以作为选择电容时的参考。然而，输入电容和输入电阻Rin构成一个高通滤波器，通常这个频率被设置在100Hz或者更高，一些高质量音频的手机为了耦合更低频的声音会将其限定在几十赫兹的范围内。所以设计时要考虑增益和音频信号的最低输入频率。截止频率计算方法如下式所示。

如果在设计电路和选择器件时能够按照以上规则进行，即使在很大增益的情况下TS4990也能达到接近于零的Pop噪声。TS4990在和一般音频放大器比较时显示出优秀的Pop噪声抑制能力。除在外围电路上的设计之外，还可以采用软件的方法来消除Pop噪声。音频放大器一般都会有一个Standby管脚，在播放音乐或语音时，可以先让音频放大器处于Standby状态，然后输入音频信号，几十毫秒以后再打开音频放大器，同样可以有效地消除Pop噪声。

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