如何提高音頻轉(zhuǎn)換器性能

使用 LDO 低噪電源軌可以將聲音品質(zhì)提高約 8 dB。圖 3 表明 THD+N 將超過 93 dB。另外，觀察 FFT 頻譜分析儀圖后，我們發(fā)現(xiàn)，噪聲底限得到極大降低。諧波很容易辨認(rèn)，其取決于器件的性能。在其大部分頻率帶寬中，相比 –110 dBV，該噪聲底限維持在 –120 dBV 以下(請參見圖 2)。該結(jié)果證明，在音頻轉(zhuǎn)換器上使用一個低噪聲電源軌可以提高性能。

相比轉(zhuǎn)換器，LDO 電源解決方案擁有更加低噪的輸出電壓，但是線性穩(wěn)壓器的效率較低，并且會在系統(tǒng)中引起散熱問題。因此，理想的解決方案是將轉(zhuǎn)換器的高效率同線性穩(wěn)壓器的低噪聲輸出性能相結(jié)合，從而實現(xiàn)一種高效、低噪的電源解決方案。然而，在一些這兩種因素都很重要的應(yīng)用中，往往存在價格和空間限制。

在集成開關(guān)式轉(zhuǎn)換器和 LDO 穩(wěn)壓器中，我們會發(fā)現(xiàn)一個集成轉(zhuǎn)換器 +LDO 解決方案，例如：TPS54120。1A 開關(guān)式轉(zhuǎn)換器與 LDO 組合使用，可向音頻轉(zhuǎn)換器高效地提供低噪電源。另外，這種集成解決方案還是一種低成本的解決方案，而占用的電路板空間也更少。它擁有優(yōu)異的負(fù)載和線壓瞬態(tài)響應(yīng)性能，可在使用小型封裝時承受很寬的輸入電壓范圍，這讓它成為家庭音頻應(yīng)用的理想選擇。

使用集成開關(guān)式轉(zhuǎn)換器和 LDO 穩(wěn)壓器代替第一個測量舉例的轉(zhuǎn)換器，可以得到更加低噪的輸出電壓(請參見圖 4)。我們沒有觀測到輸出電壓噪聲或者紋波。運(yùn)用一個 12V 輸入電壓，并將輸出調(diào)節(jié)為 3.3V。在 400 mA 負(fù)載電流時對受測輸出電壓進(jìn)行測量。該電壓可以完美地驅(qū)動整個音頻系統(tǒng)，無需擔(dān)心轉(zhuǎn)換器的噪聲和 AC 紋波。

圖 4 集成轉(zhuǎn)換器和 LDO 穩(wěn)壓器的輸出電壓紋波

圖 5 中，集成轉(zhuǎn)換開關(guān)和 LDO 穩(wěn)壓器用于為音頻 DAC 供電。穩(wěn)壓器 輸入端使用 12 伏輸入電壓。我們得到與圖 3 相同的結(jié)果。

圖 5 集成轉(zhuǎn)換器和 LDO 穩(wěn)壓器供電音頻 DAC 的示意圖

表 1 對不同解決方案的成本、電路板空間、效率和性能進(jìn)行了比較。我們發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)換器 +LDO 的集成解決方案擁有高性能和高效率優(yōu)勢。

表 1 不同解決方案比較

結(jié)論

開關(guān)式電源所產(chǎn)生的 AC 紋波和開關(guān)噪聲會產(chǎn)生負(fù)面影響，其降低了音頻 DAC 輸出的質(zhì)量。我們可以利用一些濾波技術(shù)，將音頻轉(zhuǎn)換器隔離于這些噪聲源。除噪聲以外，濾波器的效率、成本以及在音頻系統(tǒng)中所占用的電路板空間，都是重要的因素。把開關(guān)式轉(zhuǎn)換器的高效率與 LDO 的超低噪聲性能相結(jié)合，是一種理想的解決方案。另外，由于成本和電路板空間占用得到進(jìn)一步降低， 開關(guān)式轉(zhuǎn)換器 +LDO 集成解決方案比獨立解決方案更有優(yōu)勢。