音频系统应用中的“POP”噪声以其常用解决方法（2）

yuyang911220

当+12V突然掉电时，C2通过D2迅速放电，此时D2正向导通，将R1短路并形成放电回路。因为C2容值小，储存电荷少，所以放电时间常数ttailrise。C1储存的电荷不能通过D1释放，所以Q1的e、b极又出现了压差，使Q1导通并再次输出高电平。一旦电源稳定后，Q1的b极电压略高于e极，则Q1截止，MUTE_OUT1处于高阻状态。　　实际的应用系统一般会有多组电源同时存在，由于电压不同、负载的轻重不同以及所并联的去耦电容不同，每组电源的上升、下降时间会有差异。这种现实的差异正是图13电路的工作前提：将上电、掉电时间短的电源放到+12V处，将上升相对较慢的电源作为音频Vdd。这一点需要特别强调。
　　下面介绍图13电路的参数优化方法。图15显示了外部静音电路中A、B、C三点的电压变化情况。在上电、掉电回路有一个公用的器件C2，C2的取值要合适，目的是实现ttailrise。可以通过加大充电回路中的电阻R1并减小放电回路中二极管D2的正向电阻，来加大这两个时间的大小差别。二极管是半导体器件，其正向电阻是非线性的，阻值与流过的正向电流有关。

　　图13：外部的静音电路。
　　RFOR＝Φr/(IFOR＋IS) (5)
　　其中，Φr＝kT/q＝26mV@T＝300K，它是一个与温度有关的电压常数；IS为饱和电流，是一个与结面积有关的常数。从公式(5)可看出，正向电阻随正向电流的增大而减小。这里使用系统中较高的电压+12V作为静音电路的电源，是为了增加二极管D1的放电电流。在C2充电的过程中，有两个电流对其充电，其中一个电流来自+12V并经过R1，其上升时间(从10%到90%）为：
　　trise＝2.2*Rcharge*C (6)
　　将R1、C2带入公式(6)计算出上升时间为10.34秒。但实际上的上升时间并没有这么长，其原因是还有另一个来自Q1的b极的充电电流。Q1导通时，B点的电压等于A点电压减去发射结压降，大约为10.6V，集电结也正偏，管子处于饱和状态，因此Q1的b极流出的电流通过R2对C2充电，加速了C点电压的上升。
　　
　　图14：外部静音电路的仿真波形。
　　+12V电压稳定后，Q1的e、b电压差减小，管子逐渐截止，MUTE_OUT1输出为高阻状态，集电极开路。当系统突然掉电时，C点电压突然下降到0.7V(D2的压降)，e、b端又出现了压差，导致Q1导通，c极输出有用的高电平信号。这时C1中储存的电荷只能通过Q1、R2、D2释放，为了延长这个放电过程，可以适当增加R2的阻值，但阻值过大会使b极电流减小，使管子的驱动能力变差。
　　在系统正常工作时，MUTE信号的开关可以使用MCU I/O端口作为普通的逻辑信号。为增强驱动能力，该端口的信号常常经过PNP晶体管反相后输出MUTE_OUT2(见图16)，这样当MUTE0为低时，反相后的高电平MUTE_OUT2来自两个电阻的分压，即R5与Q2的e、c极饱和电阻Rbe，由于Rbe<

　　
　　图15：静音电路中A，B，C各点的电压变化。

　　另外，来自MCU的MUTE0为低电平有效，在MCU上电、掉电的过程中，I/O的电平是未知的。如果用工具进行仿真，该端口在复位完成之前是一个不确定状态(逻辑值为“X”)。事实上，在实际的电路里并没有“X”值，而只有“1”和“0”。幸运的是，在笔者使用过的一些51系列MCU中，在这一段所谓的‘失控’时间里，I/O端口始终输出一个稳定的“L”电平。
　　MUTE_OUT2与上述的MUTE_OUT1形成“或”的逻辑关系，共同作用于MUTE管脚。对于输出功率不大的音频放大器，还常常用一个NPN晶体管在输出端与地之间形成一个开关，当估计可能出现“POP”噪声时，将此开关闭合，而当需要输出时，将此开关断开(如图17所示)。
　　
　　图16：使用MCU I/O端口作为第二个MUTE信号。
　　这里只强调一点：要减小Q3闭合时的c、e间的电阻，就要从b极输入更多的电流，使其饱和深度加大，而且还要选择合适的R7阻值。由于Q3的c极是接在耦合电容之后，左右通道输出(OUT_L/OUT_R)可以为负值，所以为在正常工作时保证Q3可靠地截止，R6的另一端可以考虑接到更低的负电平上，同时使用较大的阻值以免影响Q3的饱和效果。如果输出功率很大，可考虑用物理隔离的继电器代替Q3。
　　虽然以上提到了5种解决“POP”噪声的方法，但它们并不是孤立的。对于实际应用中碰到的问题，要找到产生”POP”声的主要原因，另外还要综合考虑，选择最有针对性的、最经济的解决方法。