反馈式主动降噪耳机的设计实现

估软件的一部分。此仿真工具的屏幕截图如图4所示。

　　图 4： AS3435滤波器仿真工具

　　该工具也使用spice仿真器，但配备了图形用户接口（GUI），使滤波器的开发变得容易很多，特别是对于那些"未经培训"的设计工程师而言。它可以帮助设计工程师通过一组预定义的滤波器拓扑定义不同的增益和截止频率。这个系统不像spice仿真器那么有弹性，让用户可以定义滤波器拓扑以及电阻和电容数值，但它是一个很好的起点，将协助设计工程师更加了解主动降噪滤波器设计中可能会遇到的困难。

　　图5所示的仿真窗口，显示了仿真窗口中设定滤波器仿真的结果。绿色曲线为理想的反馈滤波器，它是量测到的开环回路的翻转。蓝色曲线则代表了spice仿真的结果。反馈滤波器仿真前馈滤波器仿真的差异表明仅仅做到频率和相位的匹配是不够的。在反馈系统中，更高的增益带来更佳的主动降噪性能，然而在前馈式系统中，太高的增益不但不能消除噪声，反而会放大噪声。在反馈系统中，焦点通常是在较低的频率范围内：从20Hz至800Hz。基于耳机的声学性能，焦点的峰值则落在100Hz的范围内。较高的频率也较难消除，因为很难或根本无法匹配其相位响应。所以，减弱较高频率以及尽可能避免系统震荡是很重要的。

　　图5： 滤波器仿真结果

　　如果增益过高，且仿真出来的滤波器与理论计算出来的理想滤波器之间的相位不匹配度太大（typ. 120°），则耳机会发生震荡。AS3435滤波器仿真软件具备稳定性检查功能，能够自动显示理论计算出来的ANC滤波器与仿真出来的ANC滤波器之间的增益和相位的不匹配。仿真结果如图6所示。

　　在相位不匹配大于120°，同时增益不匹配高于-12dB的区域，该工具以红框标示出重点区域。在这个频率区域中，震荡的发生率是很高的。

　　图6： 稳定性检查功能

　　在相位不匹配度高的区域中，滤波器设计工程师必须确保增益尽可能低。震荡一般发生在高频，然而在1Hz附近发生也是有可能的。

　　滤波器验证和主动降噪测试

　　当设计工程师发现某个滤波器在整个频率范围内都表现稳定时，那么就可以导出此滤波器。该工具整合了物料清单（BOM）输出功能，物料清单中的阻容器件都是基于E24标准的常用料。另外，由于元件指示符与评估板完全匹配，物料清单中的元器件可以直接被焊接到评估板上。

　　图 7： 主动降噪性能测试

　　主动降噪性能测试包含两个步骤，且不再需要相位测量。首先将耳机佩戴在人工头上进行被动衰减的量测。步骤二与步骤一类似，但需要将AS3435打开，对其按照反馈应用进行配置，并根据仿真结果设定麦克风前置放大器的增益。降噪性能可根据两次测得的数据按照如下公式计算：

　　可借助Excel完成计算，并制绘出降噪曲线。这条降噪曲线在业界是一项非常普遍的指标。

　　针对使用AS3435开发主动降噪耳机，相关的开发工具、应用笔记及模板等都已齐备，可根据要求提供。