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          可支持差分和單端信號(hào)的便攜式產(chǎn)品音頻接口設(shè)計(jì)

          作者: 時(shí)間:2016-12-20 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            便攜式設(shè)備的數(shù)量發(fā)生爆炸性的增長,且新增諸多功能,帶有外置揚(yáng)聲器音頻播放功能的便攜式設(shè)備日益增加,例如MP3播放器、帶MP3功能或揚(yáng)聲器的手機(jī)以及便攜式CD播放器等。這些系統(tǒng)的輸出根據(jù)配置和驅(qū)動(dòng)的不同而各異。 但這些系統(tǒng)的輸出在配置和驅(qū)動(dòng)上都有所不同。作者在本文中探討了可以檢測并部署可將輸入信號(hào)放大到輸出相等信號(hào)的單端/差分音頻放大器的幾種方法。

            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)。

            音量與音頻系統(tǒng)的輸出功率之間不是線性關(guān)系

            圖1:音量與音頻系統(tǒng)的輸出功率之間不是線性關(guān)系。

            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。

            第一個(gè)要解決的問題是檢測輸入是單端還是差分信號(hào)。在許多電路中,有兩種電路采用連接器的一個(gè)外部引腳來測試輸入信號(hào)的直流電平。指定連接器的一個(gè)外部引腳很容易,但對(duì)于空間狹小的應(yīng)用而言就不可行。源器件或使引腳開路或使其短接至地。

            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。

            使用比較器電路的差分信號(hào)檢測

            電路的第二個(gè)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(jìn)入一個(gè)放大器的差分信號(hào)能提供更高的聲音質(zhì)量,實(shí)際的差分放大器需要一個(gè)附加電路將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分輸入信號(hào)。

            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。

            音頻放大器的直接實(shí)現(xiàn)方法

            圖3:音頻放大器的直接實(shí)現(xiàn)方法。

            第二種實(shí)現(xiàn)方法是采用真正的差分放大器來驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。這種放大器可提供較好的噪聲抑止。與前面的例子不同,此時(shí)輸入音頻放大器的信號(hào)必須是差分信號(hào)。差分信號(hào)可利用運(yùn)算放大器或變壓器來實(shí)現(xiàn)。運(yùn)算放大器的實(shí)現(xiàn)方法在尺寸方面較為便利,但對(duì)平衡輸入信號(hào)則存在困難(圖4)。該運(yùn)算放大器的增益為-1,以將單端輸入信號(hào)變成反向信號(hào)。模擬開關(guān)在輸入之間轉(zhuǎn)換以實(shí)現(xiàn)音頻放大器的輸入。這種差分信號(hào)可以直接送入音頻放大器中。圖4是電路圖。


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