喇叭POP爆破音產(chǎn)生的原因與解決辦法

相信很多人在工作中會(huì)遇到音頻有POP爆破音的問(wèn)題，特別是在上電的瞬間的時(shí)候，關(guān)于此看到一篇比較好的文章，分享給大家。

音頻IC與功放IC的電源時(shí)序與功能模塊使能時(shí)序

這里強(qiáng)調(diào)了電源時(shí)序和使能時(shí)序，電源時(shí)序是指系統(tǒng)中各種芯片電源供電或者斷電的時(shí)序，而使能時(shí)序是系統(tǒng)供電穩(wěn)定后由各個(gè)控制信號(hào)控制的功能模塊的使能或關(guān)閉順序。

對(duì)于電源時(shí)序，由于多數(shù)音頻IC的輸出在上電和斷電中不穩(wěn)定，當(dāng)然功放IC或者其他IC也有可能出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況

因此理想的電源上電的時(shí)序是：音頻IC先上電，然后功放上電

相反，電源斷電的理想時(shí)序是：功放先斷電，然后音頻IC斷電

上電：但是通常來(lái)說(shuō)功放的供電電壓會(huì)高于音頻IC，這就導(dǎo)致音頻IC會(huì)先于音頻IC上電，此時(shí)就要保證功放IC的SD/SHDN/EN/STB必須處于拉低狀態(tài)，避免音頻IC上電過(guò)程中誤產(chǎn)生的POP音，等待主芯片模擬輸出的偏置電壓穩(wěn)定后再使能SD。同樣，掉電時(shí)也需要先將功放IC的SD拉低，避免音頻IC掉電時(shí)產(chǎn)生POP音的輸出。不難看出，上電時(shí)可以通過(guò)SD的下拉電阻使功放處于standby狀態(tài)；

掉電：在掉電時(shí)可分為兩種情況，若由軟件控制關(guān)機(jī)進(jìn)程，可以用IO來(lái)控制SD在掉電過(guò)程中優(yōu)先拉低。若是硬件意外斷電，控制SD的IO口和功放IC的供電電源之間的掉電時(shí)序沒(méi)辦法確定，因此就需要掉電檢測(cè)電路來(lái)將SD迅速拉低。詳細(xì)的電路會(huì)在后面說(shuō)明。

MUTE：部分功放IC設(shè)置了MUTE和STB引腳。MUTE有效時(shí)，作用機(jī)制是在芯片內(nèi)部將輸入端短路到地，其他電路保持正常工作，而STB起作用時(shí)，將Vbias偏置電路關(guān)斷。后文會(huì)說(shuō)明，Vbias的瞬變會(huì)引起POP音，因此可以利用MUTE的作用時(shí)序有效地抑制開(kāi)關(guān)機(jī)的噪音。在功放IC上電時(shí)，保持MUTE和SD有效（拉低），上電完成穩(wěn)定后，先釋放STB，再釋放MUTE。當(dāng)?shù)綦姴僮鲿r(shí)，在準(zhǔn)備掉電之前，先使MUTE有效，之后再使STB有效，直到VCC為0。這樣做的原因是MUTE操作所引起的"POP"音要小于STB操作引起的。另一個(gè)原因是無(wú)論MUTE是否作用，STB開(kāi)關(guān)所帶來(lái)的Vbias脈沖一定會(huì)對(duì)功放的輸出造成干擾，因此在STB作用之前關(guān)閉音頻輸入可能帶來(lái)的噪音非常有必要。

功放IC輸入端INP與INN的阻抗匹配

一般電子設(shè)備運(yùn)用的功放都是模擬輸入Class D功放，這類功放的模擬輸入必須工作在直流偏置（Vbias）上才可以正常傳輸交流音頻信號(hào)，簡(jiǎn)化的輸入級(jí)模型如下圖：

功放上電后，在SD拉高使能功放時(shí)，偏置電壓會(huì)從0V開(kāi)始上升到額定的偏置電壓，該過(guò)程的時(shí)間長(zhǎng)短取決于內(nèi)部偏置電源對(duì)外部阻抗網(wǎng)絡(luò)的充電速度。

功放差分輸入INN和INP的輸入偏置電壓建立的過(guò)程如上圖，若輸入差分P和N端的輸入偏置電壓建立速度不一樣則兩者時(shí)間會(huì)形成差分信號(hào)輸入功放并被放大輸出，形成POP音。這種偏置電壓的誤差是由N和P外部的阻抗不匹配造成的。在差分輸入用作單端輸入時(shí)更容易出現(xiàn)這個(gè)情況。以下是差分輸入和單端輸入的比較：

不過(guò)，在實(shí)際應(yīng)用中，由于多數(shù)主芯片的音頻模擬輸出是單端模式，因此必須配置成單端輸入。如下圖，空出來(lái)的差分信號(hào)通過(guò)電容耦合到地。

P和N腳外部的阻抗Zn和Zp的大小一般以功放IC的提供的規(guī)格為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的依據(jù)是頻響曲線，失真度和信噪比等參數(shù)。有些情況下調(diào)整外部阻抗的大小可以起到抑制POP噪音的作用。例如：功放的啟動(dòng)時(shí)間是30ms，指的是SD拉高到功放開(kāi)始有輸出之間的延遲時(shí)間。若上述啟動(dòng)時(shí)對(duì)輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)的充電穩(wěn)定時(shí)間少于30ms，則阻抗不匹配引起的差分輸入被放大后的信號(hào)也不會(huì)造成噪聲。因此，適當(dāng)減小上圖中的輸入電容（減小阻抗）就可以減小輸入級(jí)的穩(wěn)定時(shí)間，從而避免POP的產(chǎn)生。

實(shí)際上，即使輸入級(jí)的穩(wěn)定時(shí)間已經(jīng)足夠短，減小輸入電容仍可以起到抑制POP的作用，這是因?yàn)闇p小輸入電容會(huì)使輸入信號(hào)的低頻率增益減小，因此整體的增益水平都會(huì)降低，包括POP噪音，尤其是噪音在低頻具有豐富頻譜時(shí)效果更明顯。

阻抗匹配的驗(yàn)證方法：出現(xiàn)POP聲后，首先在軟件上做測(cè)試，禁止音頻IC輸出信號(hào)，此時(shí)控制SD腳電平模擬功放的開(kāi)關(guān)過(guò)程，若POP消失，則說(shuō)明P/N阻抗匹配以及功放部分電路沒(méi)有問(wèn)題；若POP依然存在，則進(jìn)行以下步驟。

將音頻IC的輸出斷開(kāi)，并將功放的輸入電路部分通過(guò)相同的電容接地，盡量保證P/N外部阻抗相同并且沒(méi)有輸入信號(hào)干擾。此時(shí)控制SD腳電平模擬開(kāi)關(guān)過(guò)程，若POP聲依然存在，則說(shuō)明是其他原因造成POP聲的；若POP消失，則說(shuō)明原電路P/N阻抗不匹配；若POP變小，則說(shuō)明原電路P/N阻抗不匹配只是一個(gè)原因，還有別的因素會(huì)產(chǎn)生POP聲。

增大VBIAS濾波電容

對(duì)于音頻集成電路，通常有一個(gè)pin，叫做Vbias，Vref，Vmid，Vsvr，bypass或micbias等。它是內(nèi)部直流基準(zhǔn)電壓，也就是想要內(nèi)部電路工作，這個(gè)偏置電壓必須建立起來(lái)。在應(yīng)用時(shí)通常外接一只旁路電解電容對(duì)地，起到濾除噪聲的作用。對(duì)于使用正的單電源系統(tǒng)在穩(wěn)定工作時(shí)，它的電壓值約等于1/2Vcc.增大這個(gè)電容的電容值，能抑制POP噪聲。當(dāng)芯片上電或EN使能后，直流偏置電壓開(kāi)始建立，從0V逐漸升高，對(duì)Vbias濾波電容充電，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后，電壓上升到1/2Vcc，芯片可以工作，輸出的音頻信號(hào)就是基于這個(gè)直流電壓上下擺動(dòng)。同樣當(dāng)關(guān)電或者EN不使能時(shí)，濾波電容放電，偏置電壓開(kāi)始下降。實(shí)驗(yàn)證明，偏置電壓的瞬變過(guò)程會(huì)產(chǎn)生POP聲。如下圖，增大濾波電容就可以降低瞬變時(shí)的脈沖幅度，增寬脈沖，減少POP聲。（紅線是Vbias電源，藍(lán)線是耦合輸出）

有些Audio芯片集成了一個(gè)固定的延時(shí)電路單元，上電后，需要經(jīng)過(guò)一段固定延時(shí)之后，Vbias才開(kāi)始緩慢上升，直到穩(wěn)定；當(dāng)芯片掉電時(shí)，很難再延時(shí)一段時(shí)間才開(kāi)始下降，但是仍然可以令其緩慢下降。只要放電等效電阻大于上電的等效電阻即可。

需要注意的是，此濾波電容過(guò)大，會(huì)使芯片的建立時(shí)間拉長(zhǎng)，給人感覺(jué)聲音遲遲沒(méi)有輸出的感覺(jué)。另外電容過(guò)大還會(huì)使音頻系統(tǒng)的THD+N（諧波失真+噪聲）變差，需要注意。

BTL輸出和SE輸出

與音頻IC輸出到功放類似，在功放輸出到SPEAKER或音頻IC直接輸出到SPEAKER也存在單端和差分的區(qū)別，分別為SE Mode和BTL Mode，如下圖：

這一點(diǎn)同上問(wèn)講述到的單端和差分信號(hào)的區(qū)別基本類似。以下是對(duì)比相同情況下，SE和BTL輸出波形的區(qū)別，可以明顯看出BTL對(duì)共模噪聲和POP的抑制能力要明顯強(qiáng)與SE Mode。

在實(shí)際應(yīng)用中，絕大部分輸出信號(hào)都是使用的BTL Mode，下面介紹兩種BTL結(jié)構(gòu)的兩種電路形式。

左圖是兩個(gè)放大單元連接并形成并聯(lián)形式，同一個(gè)輸入信號(hào)分別進(jìn)入兩個(gè)放大單元AMP1、AMP2的“+”“ –”輸入端，但使他們的放大倍數(shù)保持相同，相位相反。AMP1的增益-R9/R8=-2，AMP2的增益1+R11/R12=2。

右圖采用級(jí)聯(lián)形式，AMP3反向，AMP4的增益為-R14/R13=-1。實(shí)際上AMP3的輸出，經(jīng)過(guò)AMP4 反向后，會(huì)有一定的延時(shí)，因此這種結(jié)構(gòu)抑制POP聲的效果略差一點(diǎn)，通常在小功率的器件中。

除此之外，還有另一種結(jié)構(gòu)，OCL結(jié)構(gòu)，與BTL結(jié)構(gòu)非常類似，優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的頻率響應(yīng)可以延伸到很低的范圍。

減小輸出端耦合電容

在這里插入圖片描述

①隔斷直流基準(zhǔn)電壓Vbias

②耦合交流的音頻信號(hào)，它與揚(yáng)聲器負(fù)載構(gòu)成了一階高通濾波器

因?yàn)樵肼暫蚉OP聲的頻譜都在高頻，因此可以適當(dāng)減小電容來(lái)消減POP聲，但要注意音頻增益的損耗和整體的聲音質(zhì)量，需要一個(gè)平衡。