如何設(shè)計(jì)可支持差分和單端信號(hào)的便攜式產(chǎn)品音頻接
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MP3播放器或手機(jī)的輸出是單端信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)32Ω的耳機(jī)揚(yáng)聲器。典型外置揚(yáng)聲器系統(tǒng)的揚(yáng)聲器阻抗是4至8Ω，每個(gè)聲道可能會(huì)有多個(gè)揚(yáng)聲器。不過32Ω的驅(qū)動(dòng)器難以驅(qū)動(dòng)這些低阻抗揚(yáng)聲器，無法為終端用戶提供足夠的音量。
外部揚(yáng)聲器系統(tǒng)因品質(zhì)、音量及揚(yáng)聲器數(shù)目的不同而有所區(qū)別，因此通用放大器不適于驅(qū)動(dòng)這些揚(yáng)聲器。例如，MP3播放器的揚(yáng)聲器系統(tǒng)具有耳機(jī)插孔輸入端，并能支持單端輸出的立體聲信號(hào)。而某些新型高端揚(yáng)聲器系統(tǒng)則可支持差分信號(hào)，為了后向兼容，這些新系統(tǒng)也必須能支持單端信號(hào)。
由于差分信號(hào)是單端信號(hào)的兩倍，因而單端信號(hào)和差分信號(hào)將產(chǎn)生不同的音量。由于人的聽力和聲音大小的關(guān)系符合對(duì)數(shù)曲線規(guī)律，因此不能采用線性的控制方式(圖1)。
對(duì)于可將輸入信號(hào)放大到與輸出相等信號(hào)的單端/差分音頻放大器，有幾種方法可以對(duì)其進(jìn)行檢測和實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)之間的接口連接器應(yīng)至少有5個(gè)引腳才能提供差分信號(hào)。需要注意的是，兩個(gè)器件之間的共地連接非常重要。表面上看，由于信號(hào)是直流隔離的，因而交流耦合電容無需接地，但實(shí)際經(jīng)驗(yàn)證明接地是提供理想噪聲性能所必需的。
圖1：音量與音頻系統(tǒng)的輸出功率之間不是線性關(guān)系。
檢測差分信號(hào)的第二種方法，是利用比較器來檢測信號(hào)的直流電平，或是接地或是差分信號(hào)。以上兩種方法的輸入信號(hào)都必須通過低通濾波器。原始信號(hào)必須分離為其直流電平的50%至25%，如果系統(tǒng)在低頻、高峰峰值交流信號(hào)的差分模式下，將導(dǎo)致錯(cuò)誤的檢測結(jié)果。若原始信號(hào)的直流電平是地電平的話，這種技術(shù)也不能使用。圖2所示此類電路的實(shí)例。
圖3：音頻放大器的直接實(shí)現(xiàn)方法
音頻放大器最容易的實(shí)現(xiàn)方法是將信號(hào)輸入到一個(gè)放大器中(圖3)。在單端模式下，該差分輸入不產(chǎn)生信號(hào)，允許正相輸入設(shè)置為0.5Vcc，這是標(biāo)準(zhǔn)的單端輸入配置。模擬開關(guān)保持在斷開狀態(tài)，以使放大器輸出2倍的增益。在差分模式下，模擬開關(guān)閉合，增益變?yōu)?。因此對(duì)于不同的輸入模式，這兩種輸入信號(hào)都會(huì)產(chǎn)生相同的輸出信號(hào)幅度。
圖4：運(yùn)算放大器用于在差分音頻放大器中產(chǎn)生反向信號(hào)
替代運(yùn)算放大器產(chǎn)生差分信號(hào)的另一個(gè)方法是采用1:1的變壓器。該變壓器可簡化電路，但增加了尺寸，特別是高度。需要注意的是，變壓器的頻率范圍必須處于系統(tǒng)能夠放大的音頻信號(hào)范圍之內(nèi)。原始的輸入信號(hào)必須采用交流旁路電容來使直流與地隔離。模擬開關(guān)用于使該放大器的增益在2倍(單端輸入)和1倍(差分輸入)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。變壓器電路的簡化實(shí)現(xiàn)方法如圖5所示。完整的電路還必須包括其它元件，以便平衡輸入。
圖5：變壓器簡化了差分信號(hào)的產(chǎn)生
最簡單的實(shí)現(xiàn)方法是在電位計(jì)中的輸入音頻信號(hào)和地之間放置一個(gè)電阻，滑動(dòng)端與音頻放大器的輸入相連接。滑動(dòng)端的輸出與輸入信號(hào)成比例。如果音頻放大器需要大電流輸入，則將影響音頻放大器的輸入電阻比例，因而不會(huì)產(chǎn)生期望的增益。當(dāng)電容與電位計(jì)阻抗相關(guān)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)其它問題，很可能產(chǎn)生旁路濾波器(在電位計(jì)中濾掉某些頻率的信號(hào))。
6：在電位計(jì)上增加一個(gè)運(yùn)算放大器會(huì)影響音頻放大器的增益變化
有幾種方法可實(shí)現(xiàn)支持單端和差分輸入的音頻系統(tǒng)。這些方法需要克服一些問題，特別是在牽涉到音量控制時(shí)。每種電路都有其優(yōu)點(diǎn)，這取決于設(shè)計(jì)者的喜好和系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的輸出揚(yáng)聲器要求。
評(píng)論