噪声、TDMA噪声及其抑制技术

　　噪声和TDMA噪声

　　“噪声”通常广泛用于描述那些会使所需信号的纯净度产生失真的多余的电气信号。一些类型的噪声是无法避免的(例如被测信号幅值上的实际波动)，只能通过信号平均化和带宽收缩技术来克服这类噪声。另一种类型的噪声(例如，射频干扰和“接地回路”)能够通过不同的技术来降低或者消除，包括滤波技术和仔细的接线设置以及器件位置摆放。最后，有一种噪声，它起因于信号放大过程并能够通过低噪声放大器设计技术来削弱。尽管降低噪声的技术是有效的，但总是希望从可免于噪声干扰,并具有尽可能低的放大器噪声的系统开始使用降噪技术。下面介绍的是影响电子电路的各种类型噪声的简单总结。

　　热噪声(或者Johnson噪声或者白噪声)与电阻中电子的热扰动而体现出的温度直接相关。在扬声器或者麦克风的例子中，噪声源是空气分子的热运动。

　　散粒噪声是由于从表面发射或者从结点扩散的大量带电载流子随机的波动而造成的。该噪声总是与直流电流相关联，而与温度无关，它主要存在于双极性晶体管中。

　　闪烁噪声(或者是1/f噪声或粉红噪声)主要是由于硅表面玷污和晶格缺陷相关的陷阱造成的。这些陷阱随机地捕获和释放载流子，并具有与工艺相关的时间常数, 产生了在能量聚集在低频率处的噪声信号。

　　炒爆噪声(爆米花噪声)的产生是因为重金属离子玷污的存在，在一些集成电路和分离电阻中都会发现此类噪声。在一些双极性集成电路中，炒爆噪声是由于发射区的太多掺杂而造成的。降低掺杂水平有可能完全消除炒爆噪声。这是另一种类型的低频噪声。

　　雪崩噪声是pn结中的齐纳现象或者雪崩击穿现象产生的一种噪声类型。在雪崩击穿发生时，反偏pn结耗尽层中的空穴和电子通过与硅原子的碰撞以获得足够的能量来产生空穴-电子对。

　　TDMA噪声(“哼声”)源于GSM蜂窝电话中产生的217Hz的频率波形，当它耦合至音频路径和传到扬声器、听筒或者麦克风时会产生可听见的噪声。下文会给出关于此类噪声的详细描述。

　　本应用指南将会明确说明客户在GSM蜂窝电话设计过程中驱动单通道扬声器时所遇到的TDMA噪声难题。在深入研究如何将该噪声最小化时，将会回顾一下桥接负载(BTL)单通道放大器工作的背景说明。在下面应用图示中，所有的电阻都具有相等的R值(图1)。

　　图1. 桥接负载的单通道放大器

　　在该结构(图1)中，一个输入信号VIN加到放大器A1的反相输入端并通过增益为0dB的放大。A1的输出连接到扬声器的一侧和放大器A2的反相输入端，同样经过0dB增益放大。A2的输出连接到扬声器的另一端。因为A2的输出同A1的输出是180度反相的，A1和A2之间的最终差值VOUT，是单个放大器输出幅值的两倍。当给定正弦输入信号, 比较单端放大器，该BTL结构有效地加倍输出电压，使得在相同负载下输出功率增加为原来的四倍(图2)。

　　图2 桥接负载的输出电压

　　正如GSM蜂窝电话制造商所发现的，BTL单通道结构容易受到射频信号的干扰(RFI)。这种干扰信号直接耦合到音频路径，使期望波形产生失真，听起来是一种“哼声”，被称之为TDMA噪声。GSM蜂窝电话使用TDMA(时分多址)时隙分享技术产生从800MHz至900MHz或者1800MHz至1900MHz的高功率RF信号。传输电流可以超过1A，在通话期间的脉冲重复速率为217Hz，脉冲宽度大约为0.5ms。如果电流脉冲耦合至音频电路中，大量的217Hz谐波信号会产生听到的“哼声”。

　　是什么造成可听到的“哼声”?在音频范围内的能量，包含217Hz的TDMA重复脉冲速率和它的谐波，在声道中以两种方式存在：在直流电源中的电流变化, 和在RF信号的调制包络。来自RF功率放大器在传输间隙吸取的大电流和RF电路在接收间隙吸取的较小电流形成了直流电源电流脉冲波形(图3)。

　　图3 周期性的传输和接收电流脉冲波形

　　耦合电流波形至音频电路的两个主要的产生机理是电源纹波电流和接地线纹波电流，它们都是以217Hz的频率存在。另外，发射RF能量的一部分也会耦合到音频电路中。

　　图4 RF能量耦合到音频电路中

　　当存在长的走线连接放大器输出至喇叭时，潜在的RF能量耦合到音频电路的事件最有可能发生，此时走线类似于天线的作用。好的布局应该能防止RF能量耦合至音频和电源走线，在电话中这些走线连接基带部分或者音频电路。这些子系统的设计必须能够阻止或者对地旁路RF信号, 使得该信号不会传至半导体有源音频器件的结点。能够通过不同的路径将RF能量从RF电路传至音频电路中：

　　* 从天线辐射到音频或者电源器件, 或者连接它们的走线或器件。

　　* 从RF器件经走线到音频器件的传导。

　　* 经地线至音频子系统的传导。

* 行线之间的线到线的耦合,