消除扬声器音频杂音方案

音频杂音(click and pop)是扬声器或耳机产生的不良噪声。它是由注入扬声器线圈的瞬态电流脉冲引起的，该电流瞬间移动进出扬声器纸盆就造成了杂音。杂音可能会使人的耳朵感到不舒服和厌烦。当音源上电或掉电，或当音频信号减弱或被不同负载复用时，就会产生杂音。这些情况产生的瞬态脉冲通过扬声器负载放电，从而引起令人讨厌的杂音。

为延长电池寿命，笔记本电脑、手机、MP3播放器等便携式媒体设备采用了节能设置(如待机、休眠模式等)，同时集成了USB或多个音源开关，杂音瞬变正变得日益突出。本文介绍了杂音瞬变是如何产生和测量的。给出了对杂音的客观和主观描述。提出了一项旨在减少瞬变出现以消除杂音的指导原则。还对不同的杂音消除技术与某些设计中最新Intersil器件的性能进行了比较。

杂音的来源

杂音瞬变的一些常见原因是：电源瞬变、DC输入瞬变、音频驱动器偏置电压。

1.电源瞬变

当音频元件的DC电源转换开(ON)关(OFF)时，由于变化的电源电压转换速率(slew rate)的缘故，扬声器或耳机的电压可能出现反跳(bounce)。尽管电源旁路(by-pass)电容有助于减少一个元件电源引脚上的噪声尖峰，如图1所示，将低通滤波器(LPF)构建在V+引脚之上的技术可以进一步减少电源引脚的瞬变。

在IC的Vbattery电源引脚和V+引脚之间放上一个串联电阻RSeries，就构成了一个带有去耦电容Cin 的低通滤波器(LPF)。由于Intersil的音频开关IC消耗的电源电流≤10μA，这个解决方案很有效，在大小适当时，可以使串联电阻两端的电压降忽略不计。这个LPF可将DC电压的快转换速率瞬变转换成IC电源引脚上较慢的指数斜率。较慢的斜坡电压可以最大限度地减少电源的开关瞬变，同时消除开关输出端所有的注入电荷，这些电荷会导致负载上的杂音。

2.DC输入瞬变

图2显示了驱动一个32Ω耳机的单电源音频放大器的简化布局，它广泛用于许多便携式媒体播放器。音频放大器输出信号被DC偏置为系统电源电压的一半，从而允许完整的音频信号在正负方向摆动。220μF隔直流(DC blocking)电容可消除耳机负载的DC偏置。220μF电容和32Ω负载阻抗构成了一个有22Hz转角频率的高通滤波器(HPF)，可覆盖整个音频带宽。

图3显示了随着音频放大器的上电和掉电在耳机上出现的瞬态电压波形。当音频放大器在DC偏置上电(退出休眠模式)或掉电(进入休眠模式)时，由于电容器的dv/dt原理，电容的VLoad节点会出现一个瞬间电压变化。由于负载存在一个对地的DC路径，使电容放电回到0V。负载两端突然的DC电压变化可导致扬声器纸盆随瞬态脉冲电流运动，而出现杂音。

3. 音频驱动器DC偏置电压

图4显示了一个不需要隔直流电容的音频驱动器输出级应用，因为这里没有DC偏置电压。该应用通常使用有负摆幅能力的双电源音频驱动器或单电源音频驱动器。音频驱动器的运算放大器(op-amp)可以具有范围在±10mV至±20mV的DC偏置电压。由于没有使用隔直流电容，当开关打开时，这个偏置电压直接与扬声器负载耦合(或在关闭时去耦)。该偏移电压可以大到足以使扬声器出现杂音。