DVD、机顶盒中“POP”声的治理

技术分类: 消费电子设计  | 2007-03-22
Maxim公司供稿

  本文着重讨论诸如DVD机顶盒这类音源系统中“POP”声的几种可能来源及其治理方案。


  “POP”噪声是指音频系统在上电、下电瞬间,以及电源稳定后,各种操作带来的瞬态冲击所产生的爆破声。

DVD/机顶盒音频系统中的后级电路示意图


  音频系统通常包含音源、功放、喇叭等部件,其中的各个环节如果设计不当,都会产生这种“POP”声。尤其是功放,如果不加以适当的保护,这种“POP”声冲击甚至有可能烧毁喇叭,或者降低喇叭的品质,缩短其寿命。正是由于危害巨大,功放中的上电、下电冲击保护早已成为功放设计中的一个标准。音源系统中的瞬态冲击虽然没有如此大的危害,但经过功放放大之后,也足以对喇叭的音膜、人的耳膜产生冲击,影响感官上的舒适度。为此,音响系统通常要求顺着信号流向依次给设备上电,下电时依反方向操作。然而,作为一个消费类产品,要求普通消费者严格按此操作显然是不切实际的。作为一个成熟的高品质产品,应该在产品的内部解决该问题。本文就着重讨论诸如DVD、机顶盒这类音源系统中“POP”声的几种可能来源及其治理方案。

  DVD、机顶盒中“POP”声的来源

静态工作点的瞬态变化经隔直电容后变为冲击脉冲


  DVD、机顶盒的音频系统中,“POP”声通常产生于后级电路。

这类设备的后级电路大同小异,基本上都是图1所示的这种结构。数字音频经解码器解码后,再由DAC将其转为模拟信号,最后经运放滤波/放大后送LINE OUT输出。为简化设计,这类系统通常都工作于单电源、非平衡模式。这就需要将电路偏置在一个非零的静态工作点上。DAC通常被偏置在略低于1/2VA的位置,VA为DAC的模拟电源电压,一般为3.3V/5V。输出运放通常被偏置在1/2Vcc的静态工作点上,Vcc为运放电源电压,通常为12V或更高。为了隔离DAC和运放、运放和下游设备输入级之间不同的静态工作点,它们之间还需要用电容进行耦合。当系统上电、下电时,DAC、运放输出会发生从零到静态工作点,或从静态工作点到零的瞬态变化。这个瞬态过程经隔直电容后变为满摆幅的冲击脉冲,在功放和喇叭中产生很大的“POP”声。这个过程如图2所示。

  除此之外,音频DAC不仅会在上电/下电过程中发生上述瞬态变化,即使在电源稳定后,解码器初始化时钟寄存器、或改变时钟寄存器配置时也会发生上述瞬态过程。这个问题在下面还会有进一步的说明。

  现有的处理措施及其问题

  对于上述瞬态冲击问题,芯片制造商和系统设计者想出了一些解决办法,但其中有些做法要么不能彻底解决问题,要么对信号质量产生负面影响。下面,对这些不太合理的解决办法进行简单分析,以供设计者们参考。

  音频DAC

  首先是DAC的瞬态冲击问题。为了解决上电/下电过程中的瞬态冲击问题,稍好一点的音频DAC内部都设有软启动/软掉电功能。在上电/下电过程中,只要缓慢升高/降低输出工作点,就可避免产生很大的冲击电流。这种方法有效地解决了音频DAC上电/下电过程中的瞬态冲击问题。

  但在电源已达稳定之后,这种DAC在解码器初始化时钟、时钟中止/无效、或仅仅是改变MCLK/LRCK时钟比率时也会发生瞬态冲击。这种因时钟供给变化引起的瞬态冲击过程如图3所示。

DAC时钟供给变化引起的瞬态冲击


  这类音频DAC中,为了避免时钟供给变化时(中止、无效或MCLK/LRCK比改变),因数据错乱而产生噪音,会自动进入关断模式。首先DAC输出被切断,然后用一个很小的电流给DAC后端的隔直电容缓慢放电,以免引起瞬态冲击。如果电容彻底放电后时钟再次恢复,DAC将重新开始缓启动过程,不会产生“POP”声。但是,如果电容尚未完全放电时钟就恢复供给,DAC会首先迅速将输出嵌位到地,这个过程就会产生一个负向的瞬态冲击,经放大后在喇叭中产生“POP”声。为解决这个问题,有些DAC会输出一个静音控制信号MUTEC,借助外部静音电路来将其旁路到地。这不仅增加了电路的复杂度,而且,更为重要的是,这种静音电路会对信号的质量产生负面影响,况且,也不是十分奏效。这个问题在后面还会有进一步的详细说明。

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