增強您的耳機：耳機放大器中的噪音抑制(第5部分)

在五期系列博客的最后一期中，我將論述驅(qū)動耳機負載的運算放大器中的噪音以及一些降低噪音的技術(shù)。之前的文章論述了耳機負載功率、耳機阻抗以及耳機放大器的穩(wěn)定性和失真原因。

通電或更改聲頻系統(tǒng)中的操作模式時，出現(xiàn)的令人厭煩的可聽雜音通常被稱為噪音。由于耳機驅(qū)動器的高效率，產(chǎn)生的噪音成為高保真耳機系統(tǒng)中的嚴重問題。甚至信號電壓中較小的瞬態(tài)也會在耳機中產(chǎn)生很吵、令人厭煩的聲音。為了改善用戶體驗并防止耳機或其它敏感電子設(shè)備損壞，很多系統(tǒng)使用電路學(xué)來抑制通電增加時放大器輸出過程中產(chǎn)生的瞬態(tài)信號。

圖 1：運算放大器驅(qū)動耳機負載

我們來看看運算放大器中噪音的常見來源。

圖1是驅(qū)動耳機負載的運算放大器的簡化框圖。它包括兩個級——一個增益級和一個輸出緩沖器，以及一個補償電容器、Cc和一個補償電壓，Vos。如圖所示，輸出緩沖器是一個單位增益級，能夠吸收電流和提供電流。

噪音通常與運算放大器輸出引腳處的瞬態(tài)有關(guān)。噪音的主要來源是：

電源斜坡：通電時，VCC和VEE逐漸上升。在運算放大器到達其最低電源供應(yīng)要求前，它尚未到達穩(wěn)態(tài)運行，且不能調(diào)節(jié)輸出。在此期間，輸出引腳處會產(chǎn)生較大的瞬態(tài)。電源斷開，VCC和VEE下降時可能伴隨類似的瞬態(tài)，也可能造成VCC和VEE的不對稱斜坡。

啟用/禁用放大器：很多運算放大器包括啟用和關(guān)閉設(shè)備的選項。啟用命令會打開運算放大器的內(nèi)部偏壓電路。偏壓電流上升時，增益級開始將補償電容器充電到適當(dāng)電壓，輸出緩沖器中的源電流和吸收電流開始穩(wěn)定，運算放大器也接近穩(wěn)態(tài)。在這個階段，輸出緩沖器中不相等的源電流和吸收電流會導(dǎo)致電流被注入負載中。這可能導(dǎo)致巨大的噪音。關(guān)閉命令后也會產(chǎn)生類似的瞬態(tài)。

放大器的補償電壓：補償電壓是噪音的一個有趣來源。放大器接近穩(wěn)態(tài)后，放大器的輸出跳到放大器的補償上(或Vos/β，β=反饋系數(shù))。如果補償足夠大，輸出中的變化就能聽到。

集成噪音抑制功能的放大器可顯著地簡化聲頻系統(tǒng)。OPA1622高性能耳機放大器包括一個在部件處于啟用或關(guān)閉模式時抑制噪音的解決方案。圖2是OPA1622的簡化框圖。

圖 2：OPA1622框圖

啟用電路(ENC)可在放大器處于啟用或關(guān)閉模式時保持對輸入級和輸出級的控制。啟用后，ENC能夠平穩(wěn)地轉(zhuǎn)換為驅(qū)動增益級和輸出級。關(guān)閉后，ENC能夠控制補償電容器的充電，并禁用增益級和輸出級。優(yōu)化進出關(guān)閉模式的過渡，可確保極小的電流注入到耳機負載中，從而最大限度減少噪音。

在OPA1622開發(fā)期間，TI著重優(yōu)化了補償電壓以及它導(dǎo)致的噪音。OPA1622的補償電壓是50µV典型，最高是500µV。

圖3和圖4分別顯示了OPA1622在啟用和禁用期間的性能。只有極小的輸出瞬態(tài)會伴隨啟用或禁用的過程。輸出瞬態(tài)發(fā)生的時間極短，因此使用耳機時聽到的可能性不大。

圖 3：啟用高瞬態(tài) (32Ω)時的輸出電壓

圖 4：啟用低瞬態(tài) (32Ω)時的輸出電壓

有一些因素會影響驅(qū)動耳機的運算放大器的噪音性能。OPA1622通過使用一個噪音抑制電路，可提升聲頻應(yīng)用中的整體用戶體驗。

您的耳機系統(tǒng)中出現(xiàn)過噪音嗎?歡迎與TI分享，讓我們了解您的系統(tǒng)設(shè)計