機(jī)頂盒中的喀嗒聲抑制方案

在電視開機(jī)的情況下，如果打開或關(guān)閉機(jī)頂盒（STB），就會(huì)從電視機(jī)揚(yáng)聲器中聽到令人討厭的劈啪聲及其他噪聲。這個(gè)噪聲有可能非常刺耳，聲音的大小取決于音量設(shè)置。迫于客戶對(duì)改善系統(tǒng)性能的需求，機(jī)頂盒的設(shè)計(jì)工程師一直在尋找抑制這些噪聲的方法。

噪聲產(chǎn)生的原因是當(dāng)機(jī)頂盒的電源狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，機(jī)頂盒的音頻輸出線路上產(chǎn)生了電壓偏移。揚(yáng)聲器產(chǎn)生的劈啪聲通常是一些瞬態(tài)音頻信號(hào)。音頻放大器的結(jié)構(gòu)、音頻信號(hào)的交流耦合以及機(jī)頂盒供電電源的特性，都可能導(dǎo)致這一結(jié)果。要從根本上完全消除噪聲似乎不太可能，但是，采用直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)的MaximIC能夠大大降低STB中的噪聲。過(guò)去，工程師只是憑主觀估測(cè)來(lái)評(píng)估STB音頻輸出的瞬態(tài)噪聲，本文介紹一種更加客觀并且容易被大家接受的測(cè)量方法。

首先討論噪聲的主要來(lái)源，然后介紹消除噪聲的途徑。使用正確的方法和工具，通過(guò)測(cè)量SCART STB中兩個(gè)不同的音頻放大器芯片闡述測(cè)試方法。

1 機(jī)頂盒中咔嗒聲的來(lái)源

產(chǎn)生咔嗒聲的主要原因是機(jī)頂盒輸出端的交流耦合電容。STB的音頻放大器和編解碼器(CODEC)都采用單電源供電，所以，音頻信號(hào)必須偏置在供電電源與地電位之間的中間電平附近，否則，放大器的內(nèi)部電路可能無(wú)法正常工作。因此，STB輸出需要提供直流偏置給音頻信號(hào)。

由于負(fù)載（電視）以系統(tǒng)地為參考，負(fù)載和放大器之間的壓差會(huì)產(chǎn)生一條直流電流路徑。需要放置一個(gè)交流耦合電容阻斷負(fù)載與放大器輸出之間的直流通道。另外，這個(gè)電容還可以在外部短路時(shí)為音頻放大器提供保護(hù)（音頻插孔暴露在外部，用戶連接時(shí)可能會(huì)在無(wú)意中造成短路）。交流耦合電容為STB提供了良好的隔離和保護(hù)，但在新一代放大器中，短路保護(hù)電路能夠省去交流耦合電容。

當(dāng)音頻放大器開啟/關(guān)閉時(shí)，輸出電壓上升/下降到偏置電壓（或地電位）。耦合電容充電和放電的斜率取決于容值大小，并最終決定了瞬態(tài)噪聲的頻率。有些設(shè)計(jì)人員誤認(rèn)為選擇合適的電容及增大充電斜率，可以把噪聲移到音頻頻段以外，而進(jìn)一步調(diào)查顯示這種方法并非如此簡(jiǎn)單。

首先，輸出上升到偏置電壓的初始斜率主要取決于放大器輸出級(jí)的電流驅(qū)動(dòng)能力，而電容的大小只是在一定程度上隨著電源的上下波動(dòng)改變輸出變化率（在偏置電壓和地電位之間）。瞬態(tài)噪聲的陡峭邊沿在放大器上電時(shí)產(chǎn)生，而較緩慢的邊緣（瞬態(tài)信號(hào)返回地電位）則受容值大小的影響。

另一個(gè)限制交流耦合電容大小的因素是其濾波配置。電容和負(fù)載形成一個(gè)高通濾波器，需要謹(jǐn)慎選擇電容以確保其通頻帶覆蓋音頻頻段，不會(huì)降低音頻信號(hào)。典型的電視負(fù)載為10kΩ，有些STB音頻放大器的負(fù)載可能達(dá)到3.3kΩ（三個(gè)10kΩ負(fù)載并聯(lián)）。機(jī)頂盒輸出最常見的交流耦合電容為10μF，這個(gè)電容不會(huì)造成濾波器對(duì)音頻信號(hào)的衰減。

在STB的音/視頻通道，采用Maxim的直接驅(qū)動(dòng)濾波放大器，能夠在單電源供電的條件下保證輸出直流偏置在以地為參考的±3mV以內(nèi)。這項(xiàng)技術(shù)省去了輸出端的交流耦合電容。內(nèi)部限流電路能夠在發(fā)生輸出短路故障時(shí)為放大器提供有效保護(hù)。由于消除了喀嗒聲的一個(gè)主要來(lái)源，因此大大抑制了瞬態(tài)噪聲。

2 雙SCART音/視頻開關(guān)喀嗒聲的測(cè)量

喀嗒聲的幅度還取決于其他因素，如電視機(jī)的音量、電視與人耳的距離以及揚(yáng)聲器的靈敏度。傳統(tǒng)的評(píng)估方法是在不同距離、不同音量設(shè)置下，主觀地對(duì)STB進(jìn)行評(píng)估。Maxim的工程師則采用了一套正確的方法和工具客觀地評(píng)估STB的性能。

典型的歐洲STB包括音/視頻（A/V）開關(guān)，用來(lái)切換解碼芯片和兩個(gè)SCART連接器之間的音頻、視頻和控制信息。該領(lǐng)域的設(shè)計(jì)人員一般傾向于選擇單芯片方案。多家半導(dǎo)體公司（ST、AKM、索尼、Maxim等）已經(jīng)推出了這樣的芯片。音頻部分通常限定于單12V供電的固定增益或可變?cè)鲆娣糯笃?由于在大多數(shù)應(yīng)用中，STB要求2Vrms音頻輸出)，因此需要交流耦合電容。Maxim近期推出的MAX9598音/視頻開關(guān)芯片不僅省去了音頻輸出端的耦合電容，消除了直流偏置，還降低了系統(tǒng)功耗，因?yàn)樗ぷ髟?.3V電源。

使用示波器觀察音/視頻開關(guān)電源狀態(tài)改變時(shí)STB的音頻輸出瞬態(tài)信號(hào)。對(duì)兩款SCARTA/V開關(guān)（ST的STV6412A和Maxim的MAX9598）的音頻輸出進(jìn)行了測(cè)量。按照STV6412A數(shù)據(jù)手冊(cè)的建議，在音頻輸出端放置1μF的交流耦合電容；MAX9598的音頻輸出采用直流耦合，兩款器件輸入均置于靜音狀態(tài)（接地）。

圖1給出了兩款A(yù)/V開關(guān)音頻輸出的瞬態(tài)響應(yīng)，器件周期性地進(jìn)入和退出關(guān)斷模式。根據(jù)放大器的設(shè)計(jì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可能還需要在音頻電源打開、關(guān)閉時(shí)，對(duì)瞬態(tài)響應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

從圖1（a）可以看出，無(wú)論是在供電狀態(tài)改變時(shí)，還是器件本身的狀態(tài)改變時(shí)，器件都會(huì)產(chǎn)生很大的瞬態(tài)噪聲。對(duì)于MAX9598（圖1（b）），瞬態(tài)噪聲的主要來(lái)源是輸出端的直流失調(diào)漂移。這個(gè)漂移只有幾個(gè)毫伏，因此，瞬變幅度保持在示波器的噪底以內(nèi)。出于這一考慮，需要尋求一種更加準(zhǔn)確的測(cè)量方法。

為了達(dá)到這一目的，Maxim的音頻組制定了一個(gè)通用的方法來(lái)測(cè)量不同音頻放大器的喀嗒聲指標(biāo)（圖2），采用AudioPrecision（AP）的系統(tǒng)1和系統(tǒng)2音頻分析儀進(jìn)行測(cè)量。對(duì)前面討論過(guò)的STV6412A和MAX9598電源進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)將輸入端置于靜音狀態(tài)，輸出端連接到AP。

AP設(shè)置為記錄被連續(xù)監(jiān)測(cè)輸出的峰值電壓，利用該裝置測(cè)試得到了交流耦合的STV6412A在進(jìn)入待機(jī)模式和退出待機(jī)模式進(jìn)入運(yùn)行模式時(shí)的最大瞬態(tài)電壓，分別為244.1mV和-12.247dBV。利用該裝置還測(cè)試了MAX9598的最大輸出瞬態(tài)電壓，器件測(cè)試條件分別為進(jìn)入和退出待機(jī)模式的瞬態(tài)情況，電源通、斷條件下的瞬態(tài)情況。表1歸納了這些測(cè)量的最大值，并對(duì)STV6412A與MAX9598的瞬態(tài)噪聲進(jìn)行了比較。

從表1可以看出，直流耦合輸出能夠大大抑制喀嗒聲。另外，STV6412A輸出端要求使用的交流耦合電容是1μF。由于這樣的電容值會(huì)阻止音頻信號(hào)的低頻成分，大多數(shù)廠商要求機(jī)頂盒A/V開關(guān)使用的電容不應(yīng)低于10μF。而耦合電容較大時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生更大的電壓變化，造成更大的喀嗒聲。