如何降低音頻功率放大器瞬時雜音
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TPA1517 音頻功率放大器是一款功能強(qiáng)大的通用器件，能夠?qū)?6 W 以上的立體聲功率輸入到低至 4 W 的負(fù)載中。
但是 TPA1517 存在一個現(xiàn)象，即當(dāng)器件從待機(jī)模式退出時會聽到令人不快的“噼噗”聲。
本文能夠幫助電路設(shè)計師更好地了解什么是瞬時雜音，為什么這種器件會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，瞬時雜音抑制電路 (pop-reduction circuit) 為什么能發(fā)揮作用，以及在此電路中使用不同組件會出現(xiàn)怎樣的利弊。
造成TPA1517瞬時雜音的原因是什么？
本文所討論的瞬時雜音指的是當(dāng)部件退出待機(jī)模式以及上電和下電定序時所能聽到的令人不快的噪聲。
器件進(jìn)入待機(jī)模式時的雜音非常小，但是當(dāng) TPA1517 退出待機(jī)模式時，聽到的雜音卻極其明顯。這是由同時發(fā)生的兩個事件引起的：向上偏置到適當(dāng)水平的輸入與輸出偏置水平的變化。
圖1及圖2是描述典型的雜音噪聲的捕獲圖。此處使用了德州儀器 (TI) 的評估板 (EVM)，其負(fù)載為4W，電源電壓為 12V。注意輸出去耦電容之前及之后輸出軌跡的形狀，尖波 (sharp transient) 都是一樣的。另外，注意軌跡2的直流電平在慢慢上升至中間軌 (midrail) 之前，在40~50毫秒間降至0V。圖2展示了器件從待機(jī)狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)時的更多詳細(xì)資料，但是沒有表明直流電壓到達(dá)適當(dāng)偏置水平所需的時間。
輸入偏置是如何導(dǎo)致瞬時雜音的？
無論電源電壓是多少，TPA1517 在輸入階段的直流偏壓額定值為 2.1 V。將 TPA1517 置于待機(jī)模式時，輸入偏壓會下降，下降幅度經(jīng)常是幾百毫伏或更大。當(dāng)設(shè)備返回工作狀態(tài)時，輸入偏壓會迅速回到其額定值 2.1 V。待機(jī)時的輸入偏壓與 2.1 V 之間的差距越大，返回工作狀態(tài)時產(chǎn)生的瞬時雜音就越大。圖 3 形象地描述了在 12 V、4W 的系統(tǒng)中的輸入雜音。軌跡 1 是“STANDBY”引腳上的電壓。軌跡 2 是輸出去耦電容（直流耦合）在負(fù)載方面的電壓。
輸出偏置是如何導(dǎo)致瞬時雜音的？
TPA1517 輸出階段的額定直流偏壓為 VCC/2。這樣設(shè)置后，輸出信號就能在正向與負(fù)向上都有較高的輸出幅度，而不會發(fā)生一邊被另一邊限幅的情況。與 TI 其他許多音頻功率放大器不同，TPA1517 置于待機(jī)模式時，輸出并不接地，而是處于直流中間軌的位置。但是，從待機(jī)到工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程中，輸出會在直流電壓上表現(xiàn)出短暫但是明顯的瞬時升高。這些電壓突增 (spike)（其大小可能會達(dá)到幾伏特）傳到揚聲器上，產(chǎn)生極大的瞬時雜音。發(fā)生這種情況的原因是電壓的變化太快，以至于直流阻擋電容器無法辨認(rèn)出這是直流電發(fā)生的變化，因此允許信號通過。
圖4是捕獲圖，描述了 12 V、4W 的系統(tǒng)中由輸出偏壓引起的瞬時雜音。注意軌跡2及3上有近5V的大幅電壓突增。
降低瞬時雜音
瞬時雜音是由 TPA1517 輸入與輸出階段的直流偏壓問題引起的。為了盡可能地降低雜音，有必要找出一個能夠解決輸入與輸出偏置問題的解決方案。這基本上相當(dāng)于兩個單獨的解決方案，因為任何一個解決方案都可以單獨使用。
輸入階段靜噪
直流輸入偏置問題造成的雜音問題并不如輸出偏置那么大，但是相比之下它更復(fù)雜，因此這里先討論輸入偏置問題。
因為輸入直流偏壓產(chǎn)生的雜音是由于設(shè)備進(jìn)入待機(jī)模式時輸入直流偏壓明顯降低引起的，因此很明顯的一個解決方案是在設(shè)備處于任何狀態(tài)時都強(qiáng)制輸入保持在 2.1 V 。
這個解決方案并不像第一眼看起來的那么簡單。簡單地在輸入電路中加入一個電阻分壓器，以便從電源上獲得 2.1 V 的偏壓，這并不是一個好的解決方案。雖然它提供了所需的恒定直流偏壓，但是它也要求在輸入電容器的設(shè)備端上永久地安裝兩個電阻，其影響是大大地削弱輸入信號。
我們需要這樣一種解決方案：當(dāng)設(shè)備處于待機(jī)模式時，由一個外接源對輸入施加偏壓，但當(dāng)設(shè)備處于正常工作狀態(tài)時，這個外接源就會被斷開。為了達(dá)到這個目的，必須與電阻分壓器（其大小應(yīng)適合電源電壓）配合使用一系列開關(guān)。第一個開關(guān)與“STANDBY”引腳相連接，起逆變器的作用。第二個開關(guān)負(fù)責(zé)連接或斷開“INPUT”引腳與電阻分壓器形成的2.1V電壓。
TPA1517 的輸入偏置電流相對較大，因此有必要在電阻分壓器中使用阻抗值較小的電阻。這樣能將輸入偏置電流對分壓器產(chǎn)生的2.1V電壓的影響減到最小。使用串聯(lián)總值超過10kΩ的電阻是不明智的，因為輸入偏置電流會大到足以顯著地改變分壓器電壓。但是，電阻值過低也會導(dǎo)致通過電阻的電流很高，這會產(chǎn)生不必要的熱量。例如，如果R1是1 kΩ，它會消耗大約100 mW的功率，R2會消耗大約25mW的功率，分壓器電流是 9.84mA。如果R1電阻值從1kΩ降低到100Ω，12 V 下的分壓器電流會從 9.84 mA 躍升至 98.4 mA。這意味著 R1 與 R2 將分別消耗約為 1W 及 1/4 W 的功率！參看表1，以獲取輸入電壓分壓器的建議電阻值。在選擇電阻時，要注意選擇具有適當(dāng)額定功率的電阻。
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