音频系统应用中的“POP”噪声以其常用解决方法

时间：12-01 来源：EETCHINA 点击：

使用外部的静音(MUTE)电路

图11：LM4838 低音增强特性，(a)典型的应用原理图；(b)不同Cbs值的频率响应。

　　从以上讨论可知，芯片上电、掉电时出现的"POP"噪声是比较难解决的。事实上也的确如此，没有Vdd可能意味着整个系统同时失去电源，MCU不能工作，I/O状态失去控制，也无法完成图12所示的操作。但是，仍有一些方法可以解决这个难题，例如使用外部的静音电路，此时上面提到的"减小‘POP’声，就是要避免直流瞬变"的思路仍然可用。因此这个静音电路应该具有如下功能：(1)上电时，在Vdd开始上升之前，输出一个稳定的有效信号(假设为高电平)来驱动MUTE和STB管脚；(2)掉电时，在Vdd开始下降之前，输出一个稳定的有效信号(假设为高电平)来驱动MUTE和STB管脚。

　　图13所示的电路基本可以满足以上两个要求。当+12V上电时，电荷通过D1到达Q1的e极，也通过R1、R2到达Q1的b极。由于电荷需要对C2充电，所以Q1的b极在上电刚开始的一段时间trise内比e极低一个阈值电压，此时Q1导通，在c极输出一段时间的高电平信号MUTE_OUT1。图14为外部静音电路的仿真结果。

图12：上电、掉电时MUTE与STB的正确时序。

　　当+12V突然掉电时，C2通过D2迅速放电，此时D2正向导通，将R1短路并形成放电回路。因为C2容值小，储存电荷少，所以放电时间常数ttailrise。C1储存的电荷不能通过D1释放，所以Q1的e、b极又出现了压差，使Q1导通并再次输出高电平。一旦电源稳定后，Q1的b极电压略高于e极，则Q1截止，MUTE_OUT1处于高阻状态。

　　实际的应用系统一般会有多组电源同时存在，由于电压不同、负载的轻重不同以及所并联的去耦电容不同，每组电源的上升、下降时间会有差异。这种现实的差异正是图13电路的工作前提：将上电、掉电时间短的电源放到+12V处，将上升相对较慢的电源作为音频Vdd。这一点需要特别强调。

　　下面介绍图13电路的参数优化方法。图15显示了外部静音电路中A、B、C三点的电压变化情况。在上电、掉电回路有一个公用的器件C2，C2的取值要合适，目的是实现ttailrise。可以通过加大充电回路中的电阻R1并减小放电回路中二极管D2的正向电阻，来加大这两个时间的大小差别。二极管是半导体器件，其正向电阻是非线性的，阻值与流过的正向电流有关。

图13：外部的静音电路。

RFOR＝Φr/(IFOR＋IS) (5)

　　其中，Φr＝kT/q＝26mV@T＝300K，它是一个与温度有关的电压常数；IS为饱和电流，是一个与结面积有关的常数。从公式(5)可看出，正向电阻随正向电流的增大而减小。这里使用系统中较高的电压+12V作为静音电路的电源，是为了增加二极管D1的放电电流。在C2充电的过程中，有两个电流对其充电，其中一个电流来自+12V并经过R1，其上升时间(从10%到90%）为：

trise＝2.2*Rcharge*C (6)

　　将R1、C2带入公式(6)计算出上升时间为10.34秒。但实际上的上升时间并没有这么长，其原因是还有另一个来自Q1的b极的充电电流。Q1导通时，B点的电压等于A点电压减去发射结压降，大约为10.6V，集电结也正偏，管子处于饱和状态，因此Q1的b极流出的电流通过R2对C2充电，加速了C点电压的上升。

图14：外部静音电路的仿真波形

　　+12V电压稳定后，Q1的e、b电压差减小，管子逐渐截止，MUTE_OUT1输出为高阻状态，集电极开路。当系统突然掉电时，C点电压突然下降到0.7V(D2的压降)，e、b端又出现了压差，导致Q1导通，c极输出有用的高电平信号。这时C1中储存的电荷只能通过Q1、R2、D2释放，为了延长这个放电过程，可以适当增加R2的阻值，但阻值过大会使b极电流减小，使管子的驱动能力变差。

　　在系统正常工作时，MUTE信号的开关可以使用MCU I/O端口作为普通的逻辑信号。为增强驱动能力，该端口的信号常常经过PNP晶体管反相后输出MUTE_OUT2(见图16)，这样当MUTE0为低时，反相后的高电平MUTE_OUT2来自两个电阻的分压，即R5与Q2的e、c极饱和电阻Rbe，由于Rbe<

图15：静音电路中A，B，C各点的电压变化

　　另外，来自MCU的MUTE0为低电平有效，在MCU上电、掉电的过程中，I/O的电平是未知的。如果用工具进行仿真，该端口在复位完成之前是一个不确定状态(逻辑值为"X")。事实上，在实际的电路里并没有"X"值，而只有"1"和"0"。幸运的是，在笔者使用过的一些51系列MCU中，在这一段所谓的‘失控’时间里，I/O端口始终输出一个稳定的"L"电平。

　　MUTE_OUT2与上述的MUTE_OUT1形成"或"的逻辑关系，共同作用于MUTE管脚。对于输出功率不大的音频放大器，还常常用一个NPN晶体管在输出端与地之间形成一个开关，当估计可能出现"POP"噪声时，将此开关闭合，而当需要输出时，将此开关断开(如图17所示)。

图17：两个MUTE形成"与"的逻辑关系。

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