鲁思慧摘要:本文通过对影响耳机驱动器性能的噪声纹波、瞬变杂音(咔嗒/砰声)与psrr(电源供应抑制比率)等关键参数分析，从而为便携式设备配置与设计出高品音质耳机放大器的新型解决方案。 1、前言 耳机驱动器面临新的挑战 当今消费者对于高端娱乐的需求不断增长,犹如在使用便携式设备(如笔记本电脑等)时能享受着聆听音乐、影视剧和新闻的崭新方式，同时还要求灵活性更强、品质更佳的多功能产品, 以获得在移动或固定使用状态下获得最佳聆听体验。 据此，对音频设计人员的挑战是制作设计出与asic、处理器以及dc-dc转换器共存的高性能、低噪声模拟电路。而便携式系统中的低噪声模拟电路-耳机放大器实际为一小型动的功率放大器，其输出功率虽然可能只有≤0.5w，但却能推动低输入阻抗的负载并为耳机提供所需的电源。应该说,它是影响典型音频重放通路中的一个关键元件。为什么这样讲呢？主要考虑耳机驱动器面临着如下新的挑战： *便携式系统(如笔记本pc)的耳机驱动器输出在保持原始信号动态范围的同时，必须用幅值达1vrms的信号驱动低阻抗负载(典型值为32ω或有时低至16ω)。这个要求看起来简单，但进一步分析就会发现它所面临的电源环境令人烦恼,即在单电源供电时，耳机输出必须保持动态范围，而该电源电压通常要从dc-dc转换器获取,并要与高速数字电路共用,这就带来苛刻要求。 *根据这些耳机驱动器电路的信号幅值与负载阻抗，要从dc-dc电源吸取的电流峰值可达90ma,这无疑将使dc-dc电源产生较大纹波。 *关断电源或耳机驱动器时，应当听不见咔嗒声与瞬态杂音,这无疑也将增加技术措施。 根据国际电工委员会(iec)的标准,对高保真(hi-fi)耳机的最低电声标准有如下规定见表1所示) 从上述可看出, 要制作出并能嵌入便携式系统中的能高性能、低噪声耳机驱动器。实际上是妥要解决一系列的干扰因素,即电源噪声、杂音抑制等技术问题,才能得到实现。 2、关于电源噪声的起因与抑制 2.1首先分析一下引起电源噪声原因才能找出抑制的方案。 *电源的干扰:交流电上那些耗电极大的强功率动力装置便会产生噪声干扰； *自身产生干扰:便携式系统自身也是一种产生电磁干扰的干扰源,如笔记本电脑以及任何使用微处理器的便携式设备都会通过各自的电源线向市电电源中加进噪声干扰； *便携式系统还会通过交流地源的地线将其它便携式设备传送噪声,这是因为无论是ac变换成dc或dc-dc变换器,其直流电源时地线上的数字噪声便可能会进入前置放大器；又如当直流整流电源的电容漏电时, dc-dc上噪声也会进入地线。 2.2电源噪声的抑制方案 由此看来,为了实现合理的信噪比，其关键是必须抑制电源噪声对耳机放大器输出的影响。例如，基于cd或dvd信号的动态范围可能超过90db。假定音频电源电压上存在100mv的噪声，其频谱成分的绝大部分位于音频带宽以内，为了维持90db动态范围，必须将耳机输出的噪声降低至30µv左右。为了达到这一目的，在感兴趣的频率点耳机驱动器的psrr(电源供应抑制比率)必须超过70db。 要在音频频带获得上述电源抑制比，必须采用考虑周全的设计方案，使放大器对音频范围内的电源噪声提供一定的抑制能力。浏览绝大多数运放的数据资料后会发现，psrr在接近dc电压处通常较高，而随着频率增加，将急剧下降(通常是-20db/十倍频程)。在20khz处，一些器件的psrr低于40db。 一些dc-dc转换器在音频频谱的上端产生更高的噪声成分。尽管可以证实在那些频率上听得到的成分很少，但是仍然可以在耳机输出端测量到噪声。 由于绝大多数耳机放大器都不能提供足够的psrr，为此可以加入外部低压差稳压器(ldo)来净化耳机放大器的电源。如何设计或配置出加入外部低压差稳压器(ldo)呢？ 2.21那就是用低功运算放大器来构成减少音频纹波电路（见图1所示）而在便携式应用中(例如移动电话和多媒体笔记本电脑中),它为驱动频音电路提供了纯净的5v电源。大多数线性稳压器只能抑制高至1000hz左有的噪声，若采用传统的低频无源滤波器,则体积会增大使之在便携式应用中不受欢迎，而图1所示的电路减少音频纹波达40db。 图1所示的电路的分析 图1所示的电路接受4.5v至6v范围内带噪声的vcc,通过由max495低功耗运算放大器构成电路将输出vout为0.93*vin的无噪声的直流电平vcc。例如，在输出电流iout为1a时它可从额定5v的电源产生4.65v，而静态电流仅200µa。其图1所示的电路特是是外形非常小：只有一个s0t23晶体管，—个µmax(缩小so-8)运故，以及-几个无源元件。最大的电容器是10µf，电阻可以是0.1w或其表面安装(smt)型。 工作时，该音频纹波电路起宽带缓冲电压跟随器的作用(不是稳压器),其vout直流输出电平比vin低7%(即为4.65v),r1和r3构成分压器它提供7%的衰减，c4有助于