精巧的电路确保电脑高音质_技术

　　对音频设计人员的挑战是制作与ASIC、处理器以及DC-DC转换器共存的高性能、低噪声模拟电路。例如，设想只影响典型音频重放通路中一个元件――耳机驱动器的问题。

　　笔记本PC的耳机输出在保持原始信号动态范围的同时，必须用幅值达1Vrms的信号驱动低阻抗负载(典型值为32;有时低至16)。这个任务看起来简单，但进一步分析就会发现它所面对一些严酷现实：

　　在单电源供电时，耳机输出必须保持动态范围，而该电源电压通常从DC-DC转换器获取，并与高速数字电路共用。

　　根据这些电路的信号幅值与负载阻抗，从电源吸取的电流峰值可达90mA。

　　关断电源或耳机驱动器时，应当听不见咔嗒声与瞬态杂音。

　　电源噪声

　　为了实现合理的信噪比，必须抑制电源噪声对耳机放大器输出的影响，并且耳机驱动器的电源抑制是降低信噪比的关键。例如，基于CD或DVD信号的动态范围可能超过90dB。假定音频电源电压上存在100mV的噪声，其频谱成分的绝大部分位于音频带宽以内，为了维持90dB动态范围，必须将耳机输出的噪声降低至30µV左右。为了达到这一目的，在感兴趣的频率点耳机驱动器的PSRR必须超过70dB。

　　要在音频频带获得上述电源抑制比，必须采用考虑周全的设计方案，使放大器对音频范围内的电源噪声提供一定的抑制能力。浏览绝大多数运放的数据资料后会发现，PSRR在接近DC处通常较高，而随着频率增加，将急剧下降(通常是-20dB/十倍频程)。在20kHz处，一些器件的PSRR低于40dB。

　　一些DC-DC转换器在音频频谱的上端产生更高的噪声成分。尽管可以证实在那些频率上听得到的成分很少，但是仍然可以在耳机输出端测量到噪声。请注意，关于内置耳机驱动器的音频DAC (或CODEC)，绝大多数数据资料不会吸引读者关注PSRR指标。即使提及，也通常以电气特性中的一个条目出现，而不会给出PSRR随频率的变化曲线。

　　由于绝大多数耳机放大器都不能提供足够的PSRR，可以加入外部低压稳压器(LDO)来净化耳机放大器的电源。例如，为了在笔记本PC的音频输出端获得足够的电源噪声抑制比，其中+5V仍然是通用的音频电路电源电压，而特定的节点通常被调节到4.7V左右。

　　像MAX4298/MAX4299 (超高PSRR立体声驱动器)这样的IC，通过对器件内部的关键节点在内部进行微调提高了PSRR，远高于用其他方法获得的PSRR。该方法使1kHz时的PSRR超过100dB，不再需要外部稳压器(图1)。

　　图1. 在典型的MAX4298应用中，请注意220μF交流耦合电容阻碍了耳机的DC电压。用可选的元件来控制断电瞬变的幅值。

　　杂音抑制

　　杂音抑制是衡量IC能力的另一指标，也就是将IC静音或上电(或断电)时出现的突发性噪音或令人恐慌的瞬态噪音减小到最小的能力。很难在输出驱动器中获得这样的性能，这是因为对输出驱动器来说，没有下游电路可以被静音，从而屏蔽出现的异常信号。若插入了耳机，那么无论用什么驱动都不可避免的造成音频系统的瞬变性能。

　　耳机驱动器通常采用单电源供电，并通过大电容实现对塞孔输出的AC耦合，如图2所示。这样的安排可以防止耳机两端出现DC电压，该DC电压可能破坏耳机的驱动单元。工作过程中，由于电容的耳机侧是地电势，而放大器输出偏置约为满摆幅的一半，因此隔直电容两端有电压。接通电源时，必须将电容充电至工作电压，但是允许流过该电容的电流必然流经负载(耳机音频线圈)。那么用什么方法才能防止该电流产生杂音信号呢?