音频设计人员面临的挑战是使高性能、低噪声模拟电路与 ASIC、处理器和 DC-DC 转换器共存。例如,考虑一下仅影响典型音频重放链中一个组件(耳机驱动程序)的问题。
典型的耳机驱动器必须用幅度范围高达 1VRMS 的信号驱动低阻抗负载(通常为 32Ω;有时低至 16Ω),同时保持源材料的动态范围。这似乎是一项简单的任务,但仔细检查会发现一些残酷的现实:
当采用单电源电压供电时,耳机输出必须保持此动态范围,该电压通常来自 DC-DC 转换器并由高速数字电路共享。
考虑到这些电路中遇到的信号幅度和负载阻抗,从电源汲取的电流峰值可达 90mA。
关闭电源或耳机驱动器时,应听不到喀哒声或瞬变声。
电源噪声
为了实现合理的信噪比 (SNR),您必须抑制电源噪声对耳机
放大器输出的影响。为此,耳机驱动器中的电源抑制 (PSRR) 至关重要。
例如,基于 CD 或 DVD 的材料的动态范围可以超过 90dB。假设音频电源电压上有 100mV 的噪声分量,且其大部分频谱内容位于音频带宽内,则耳机输出端的噪声必须降至约 30μV,才能维持 90dB 的动态范围。实际上,耳机驱动器的 PSRR 在感兴趣的频率处必须超过 70dB。
为了在整个音频频段实现这种电源抑制,需要仔细的设计方法,特别要注意放大器对频率范围内电源噪声的抑制。浏览大多数
运算放大器数据表就会发现,PSRR 在 DC 附近通常很高;随着频率增加(通常为 -20dB/dec),它会急剧下降。在 20kHz 时,某些器件的 PSRR 低于 40dB。
咔嗒声和爆裂声的抑制
咔嗒声/爆裂声抑制通常描述了 IC 限度地减少 IC 静音或通电(或断电)时发生的突然且经常令人不安的瞬变的能力。这种行为在输出驱动器中很难实现,因为无法将下游电路静音以掩盖即将发生的异常情况。如果插入耳机,那么无论驱动它们的是什么,都不可避免地会影响或破坏音频系统的瞬态性能。 耳机驱动器通常由单电源供电,输出通过大型隔直流
电容器交流耦合至插孔,如图 1 所示。这种布置可防止耳机上产生直流电压。在正常操作期间,隔直电容器两端具有直流电压,因为电容器的耳机侧处于地电位,并且放大器输出具有偏置到电源电压大约 1/2 的直流电平。首次通电时,电容器必须充电至其工作直流电压,但充电电流也必须流过负载(耳机
音圈)。什么可以阻止该电流产生声音信号?
一些设计使用 JFET 和放大器输出周围的分立元件来抑制充电电流。其他设计提供 RC 时间常数来减缓开启瞬态。这种方法通过降低干扰的频率内容来降低干扰因素。至少有一种产品采用背靠背指数斜坡(具有 S 形轮廓)来进一步抑制加电引起的爆裂声。与 RC 指数方法不同,该曲线不会导致 dv/dt 突然变化。