音頻雜訊和破音的表征與解決之道

　　音頻雜訊和破音(click and pop)是揚聲器或耳機產生的不良噪聲。它是由注入揚聲器線圈的瞬態電流脈沖引起的，該電流瞬間移動進出揚聲器紙盆就造成了雜訊和破音。雜訊和破音可能使人的耳朵感到不愉快和厭煩。當音源上電或掉電(powering up or down)，或當音頻信號減弱或被不同負載復用時，就會產生雜訊和破音。這些情況產生的瞬態脈沖通過揚聲器負載放電，從而造成一種不良的雜訊和破音。

　　雜訊和破音的來源

　　雜訊和破音瞬變的一些常見原因是：電源瞬變;DC輸入瞬變;音頻驅動器偏移電壓。

　　1. 電源瞬變

　　當音頻元件的DC電源轉換開(ON)關(OFF)時，由于變化的電源電壓轉換速率(slew rate)的緣故，揚聲器或耳機的電壓可能出現反跳(bounce)。盡管電源旁路(by-pass)電容有助于減少一個元件電源引腳上的噪聲尖峰，如圖1所示的建立在V+引腳的低通濾波器(LPF)之上的一項技術，可以進一步減少電源引腳的瞬變。

　　在IC的Vbattery電源引腳和V+引腳之間放上一個串聯電阻RSeries，就構成了一個帶有去耦電容Cin 的低通濾波器(LPF)。由于Intersil的音頻開關IC消耗的電源電流≤10μA，這個解決方案很有效，在大小適當時，可以使串聯電阻兩端的電壓降忽略不計。這個LPF可將DC電壓的快轉換速率瞬變轉換成IC電源引腳上較慢的指數斜率。較慢的斜坡電壓可以最大限度地減少電源的開關瞬變，同時消除開關輸出端所有的注入電荷，這些電荷會導致負載上的雜訊和破音。

　　2. DC輸入瞬變

　　圖2顯示了一個簡化布局的驅動一個32Ω耳機的單電源音頻放大器，它廣泛用于許多便攜式媒體播放器。音頻放大器的輸出信號DC偏置在系統電源電壓的一半，允許在正負方向的完整的音頻信號擺幅。220μF隔直流(DC blocking)電容可消除耳機負載的DC偏置。220μF電容和32Ω負載阻抗構成了一個有22Hz轉角頻率的高通濾波器(HPF)，可覆蓋整個音頻帶寬。

　　圖3顯示了隨著音頻放大器的上電和掉電在耳機上出現的瞬態電壓波形。當音頻放大器在DC偏置上電(退出休眠模式)或掉電(進入休眠模式)時，由于電容器的dv/dt的原理，電容的VLoad節點會出現一個瞬間電壓變化。由于負載存在一個對地的DC路徑，使電容放電回到0V。負載兩端突然的DC電壓變化可導致揚聲器紙盆隨瞬態脈沖電流運動，而出現雜訊和破音。

　　3. 音頻驅動器DC偏置電壓

　　圖4顯示了一個不需要隔直流電容的音頻驅動器輸出級的應用，因為這里沒有DC偏差電壓。這個應用通常使用有負擺幅能力的雙電源音頻驅動器或單電源音頻驅動器。音頻驅動器的運算放大器(op-amp)可以有范圍在±10mV至±20mV的DC偏置電壓。由于沒有使用隔直流電容，當開關打開時，這個偏置電壓直接與揚聲器負載耦合(或在關閉時去耦)。這個偏移電壓可以大到足以導致揚聲器出現雜訊或破音。