如何降低音頻功率放大器瞬時雜音

　　圖1及圖2是描述典型的雜音噪聲的捕獲圖。此處使用了德州儀器 (TI) 的評估板 (EVM)，其負載為4W，電源電壓為 12V。注意輸出去耦電容之前及之后輸出軌跡的形狀，尖波 (sharp transient) 都是一樣的。另外，注意軌跡2的直流電平在慢慢上升至中間軌 (midrail) 之前，在40~50毫秒間降至0V。圖2展示了器件從待機狀態進入工作狀態時的更多詳細資料，但是沒有表明直流電壓到達適當偏置水平所需的時間。

　　輸入偏置是如何導致瞬時雜音的？
　　無論電源電壓是多少，TPA1517 在輸入階段的直流偏壓額定值為 2.1 V。將 TPA1517 置于待機模式時，輸入偏壓會下降，下降幅度經常是幾百毫伏或更大。當設備返回工作狀態時，輸入偏壓會迅速回到其額定值 2.1 V。待機時的輸入偏壓與 2.1 V 之間的差距越大，返回工作狀態時產生的瞬時雜音就越大。圖 3 形象地描述了在 12 V、4W 的系統中的輸入雜音。軌跡 1 是“STANDBY”引腳上的電壓。軌跡 2 是輸出去耦電容（直流耦合）在負載方面的電壓。

　　輸出偏置是如何導致瞬時雜音的？
　　TPA1517 輸出階段的額定直流偏壓為 VCC/2。這樣設置后，輸出信號就能在正向與負向上都有較高的輸出幅度，而不會發生一邊被另一邊限幅的情況。與 TI 其他許多音頻功率放大器不同，TPA1517 置于待機模式時，輸出并不接地，而是處于直流中間軌的位置。但是，從待機到工作狀態的轉換過程中，輸出會在直流電壓上表現出短暫但是明顯的瞬時升高。這些電壓突增 (spike)（其大小可能會達到幾伏特）傳到揚聲器上，產生極大的瞬時雜音。發生這種情況的原因是電壓的變化太快，以至于直流阻擋電容器無法辨認出這是直流電發生的變化，因此允許信號通過。
　　圖4是捕獲圖，描述了 12 V、4W 的系統中由輸出偏壓引起的瞬時雜音。注意軌跡2及3上有近5V的大幅電壓突增。

　　降低瞬時雜音
　　瞬時雜音是由 TPA1517 輸入與輸出階段的直流偏壓問題引起的。為了盡可能地降低雜音，有必要找出一個能夠解決輸入與輸出偏置問題的解決方案。這基本上相當于兩個單獨的解決方案，因為任何一個解決方案都可以單獨使用。

　　輸入階段靜噪
　　直流輸入偏置問題造成的雜音問題并不如輸出偏置那么大，但是相比之下它更復雜，因此這里先討論輸入偏置問題。
　　因為輸入直流偏壓產生的雜音是由于設備進入待機模式時輸入直流偏壓明顯降低引起的，因此很明顯的一個解決方案是在設備處于任何狀態時都強制輸入保持在 2.1 V 。
　　這個解決方案并不像第一眼看起來的那么簡單。簡單地在輸入電路中加入一個電阻分壓器，以便從電源上獲得 2.1 V 的偏壓，這并不是一個好的解決方案。雖然它提供了所需的恒定直流偏壓，但是它也要求在輸入電容器的設備端上永久地安裝兩個電阻，其影響是大大地削弱輸入信號。
　　我們需要這樣一種解決方案：當設備處于待機模式時，由一個外接源對輸入施加偏壓，但當設備處于正常工作狀態時，這個外接源就會被斷開。為了達到這個目的，必須與電阻分壓器（其大小應適合電源電壓）配合使用一系列開關。第一個開關與“STANDBY”引腳相連接，起逆變器的作用。第二個開關負責連接或斷開“INPUT”引腳與電阻分壓器形成的2.1V電壓。

　　TPA1517 的輸入偏置電流相對較大，因此有必要在電阻分壓器中使用阻抗值較小的電阻。這樣能將輸入偏置電流對分壓器產生的2.1V電壓的影響減到最小。使用串聯總值超過10kΩ的電阻是不明智的，因為輸入偏置電流會大到足以顯著地改變分壓器電壓。但是，電阻值過低也會導致通過電阻的電流很高，這會產生不必要的熱量。例如，如果R1是1 kΩ，它會消耗大約100 mW的功率，R2會消耗大約25mW的功率，分壓器電流是 9.84mA。如果R1電阻值從1kΩ降低到100Ω，12 V 下的分壓器電流會從 9.84 mA 躍升至 98.4 mA。這意味著 R1 與 R2 將分別消耗約為 1W 及 1/4 W 的功率！參看表1，以獲取輸入電壓分壓器的建議電阻值。在選擇電阻時，要注意選擇具有適當額定功率的電阻。