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          支持差分信令和單端信號的音頻接口設(shè)計

          作者: 時間:2008-03-05 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          目前附有外部揚聲器音頻功能的便攜設(shè)備日趨增多,如MP3播放器、帶MP3功能或喇叭的手機、以及便攜式CD播放器等,它們的輸出根據(jù)配置和驅(qū)動的不同而各異。

          MP3播放器或手機的輸出是,適合驅(qū)動32Ω的聽筒揚聲器。典型外置揚聲器系統(tǒng)的揚聲器阻抗是4至8Ω,每個聲道可能會有多個揚聲器。然而32Ω的驅(qū)動器難以驅(qū)動這些低阻抗揚聲器,也就無法提供足夠的音量。

          外部揚聲器系統(tǒng)因品質(zhì)、音量及揚聲器數(shù)目的不同而有所區(qū)別,因此通用的放大器將不適于驅(qū)動這些揚聲器。MP3播放器的揚聲器系統(tǒng)具有耳機插孔輸入端,并能支持單端輸出的立體聲信號。某些新型高端揚聲器系統(tǒng)可支持信號,為了后向兼容,這些系統(tǒng)也支持

          由于信號是的兩倍,因而單端信號和信號將產(chǎn)生不同的音量。人的聽力和聲音大小的關(guān)系符合對數(shù)曲線規(guī)律,因此就不能采用線性的控制方式(圖1)。

          對于將輸入信號放大為相等輸出的單端/差分音頻放大器來說,有幾種方法可以對其進行檢測和實現(xiàn)。系統(tǒng)之間的接口連接器應(yīng)至少有5個引腳才能提供差分信號。兩個器件之間的共地連接是必須的。乍看起來,由于信號是直流隔離的,因而交流耦合電容無需與地連接,但實際上這是提供理想噪聲性能的需要。

          圖1: 聲級和輸出功率間特性曲線。注意音量與音頻系統(tǒng)輸出功率之間并非線性關(guān)系。

          圖2:利用比較器檢測差分信號的電路。

          圖3:音頻放大器的直接實現(xiàn)方法。

          圖4:利用運算放大器產(chǎn)生輸入音頻放大器中的反向信號。

          圖5:簡化的變壓器電路實現(xiàn)方法。完整的電路還必須包括其它元件來確保原始信號并平衡輸入。

          圖6A:在電位器中增加運算放大器可解決音頻放大器增益的問題。

          圖6B:在電位器中增加運算放大器可解決音頻放大器增益的問題。

          第一個問題是如何檢測輸入是單端還是差分信號。在諸多電路中,有兩種電路用連接器的一個外部引腳來測試輸入信號的直流電平。指定連接器的一個外部引腳很容易,但對于空間狹小的應(yīng)用來說卻不可行。源器件既能使該引腳開路也能使該器件接地。

          檢測差分信號的第二個方法,是利用比較器來測試信號的直流電平,看后者是接地的還是差分信號。以上兩種方法的輸入信號都必須通過低通濾波器。原始信號必須分離為其直流電平的50%至25%,如果系統(tǒng)在低頻、高峰峰值交流信號的差分模式下,這將導(dǎo)致錯誤的檢測結(jié)果(圖2)。若原始信號的直流電平是地電平的話,這種技術(shù)也不能使用。

          電路的第二個部分是音頻放大器。該電路的解決方案和所需的聲音質(zhì)量有關(guān)。真正的差分輸入比進入一個放大器的差分信號能提供更高的聲音質(zhì)量,實際的差分放大器需要一個附加電路將單端信號轉(zhuǎn)換為差分輸入。

          對音頻放大器來說最簡單的辦法是將信號輸入到一個放大器中(圖3)。在單端模式下,該差分輸入不產(chǎn)生信號,允許不經(jīng)轉(zhuǎn)換的輸入設(shè)置于0.5Vcc上,這就是標(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)?。因此對不同的輸入模式,這兩種輸入信號都會產(chǎn)生相同的輸出信號幅度。

          第二種實現(xiàn)方法是采用真正的差分放大器來驅(qū)動揚聲器。這種放大器可提供較好的噪聲抑止。與前面的實例不同,此時輸入音頻放大器的信號必須是差分信號。差分信號可利用運算放大器或變壓器來實現(xiàn)。運算放大器的實現(xiàn)方法有利于系統(tǒng)的尺寸,但對平衡輸入信號則存在困難(圖4)。該運算放大器的增益為-1,以將單端輸入信號變成反向信號。模擬開關(guān)在輸入之間轉(zhuǎn)換以實現(xiàn)音頻放大器的輸入。這種差分信號可以直接送入音頻放大器中。

          替代運算放大器產(chǎn)生差分信號的另一個方法是采用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在系統(tǒng)能夠放大的音頻信號范圍之內(nèi)。原始的輸入信號必須采用交流旁路電容來使直流與地隔離。模擬開關(guān)可用來使該放大器的增益在2倍(單端輸入)和1倍(差分輸入)之間進行轉(zhuǎn)換。

          利用標(biāo)準(zhǔn)單向電位器通過幾種方法可以實現(xiàn)對音量的控制。如前面所述,旋轉(zhuǎn)旋紐時,具有對數(shù)特性的電位器才能產(chǎn)生平滑的音量控制(圖1)。該電位器可以對電路進行計數(shù),從而產(chǎn)生線性的響應(yīng)。對于差分輸入,單聲道系統(tǒng)需要2個電位器,而立體聲系統(tǒng)則需要4個電位器。

          最簡單的方法是在電位器中的輸入音頻信號和地之間放置一個電阻,滑動端與音頻放大器的輸入相連接?;瑒佣说妮敵雠c輸入信號成比例。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,因而不會產(chǎn)生期望的增益。當(dāng)電容與電位器阻抗相關(guān)時,會出現(xiàn)其它問題,很可能產(chǎn)生旁路濾波器(在電位器中濾掉某些頻率的信號)。

          一個解決方案是在電位器的滑動端增加一個運算放大器(圖6)。對于輸入端該電路呈現(xiàn)的是電位器的靜態(tài)阻抗。運算放大器直接驅(qū)動音頻放大器,因而消除了增益的不同。對該電路來說,由于音頻放大器無法真正實現(xiàn)滿幅(rail-to-rai)輸出,因此電位器不能通過接地來消除輸出信號的噪聲。



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