支持差分信令与单端信号的音频接口设计.docVIP

支持差分信令和单端信号的音频接口设计 便携式 设备 的数量发生爆炸性的增长 ,且新增诸多功能 ,带有外置扬声器 音频播放 功能 的便携式 设备 日益增加 ,例如MP3 播放 器、带MP3 功能 或扬声器 的手机 以与便携式 CD播放 器等.这些系统 的输出 根据 配置 与驱动 的不同而各异. 但这些系统 的输出 在配置 与驱动 上都有所不同.作者在本文中探讨了可以 检测 并部署可将输入 信号 放大 到输出 相等信号 的单端/差分 音频放大 器的几种 方法MP3 播放 器或手机 的输出 是单端信号 ,可驱动 32Ω的耳机 扬声器 .典型 外置扬声器 系统 的扬声器 阻抗 是4至8Ω,每个声道可能会有多个扬声器 .不过32Ω的驱动 器难以驱动 这些低阻抗 扬声器 ,无法为终端 用户 提供足够的音量. 于驱动 这些扬声器 .例如,MP3 播放 器的扬声器 系统 具有耳机 插孔输入 端,并能支持 单端输出 的立体声信号 .而某些新型高端扬声器 系统 则可支持 差分 信号 ,为了后向兼容 ,这些新系统 也需要 能支持 单端信号 . 图1：音量与音频系统 的输出 功率 之间不是线性 关系. 由于差分 信号 是单端信号 的两倍,因而单端信号 与差分 信号 将产生不同的音量.由于人的听力与声音大小的关系符合对数曲线规律,因此不能采用 线性 的控制 方式 (图1). 对于可将输入 信号 放大 到与输出 相等信号 的单端/差分 音频放大 器,有几种 方法 可以 对其进行 检测 与实现 .系统 之间的接口 连接 器应至少有5个引脚才能提供差分 信号 .需要 注意 的是,两个器件 之间的共地连接 非常重要.表面 上看,由于信号 是直流 隔离 的,因而交流 耦合电容 无需接地,但实际经验 证明接地是提供理想噪声 性能 所必需的.图2：使用 比较 器电路 的差分 信号 检测 . 第一个 要解决 的问题 是检测 输入 是单端还是差分 信号 .在许多电路 中,有两种 电路 采用 连接 器的一个 外部引脚来测试 输入 信号 的直流 电平 .指定连接 器的一个 外部引脚很容易,但对于空间狭小的运用而言就不可行.源器件 或使引脚开路或使其短接至地. 检测 差分 信号 的第二 种方法 ,是利用 比较 器来检测 信号 的直流 电平 ,或是接地或是差分 信号 .以上两种 方法 的输入 信号 都需要 通过低通滤波 器/ 滤波 器 .原始信号 需要 分离为其直流 电平 的50%至25%,如果系统 在低频、高峰峰值交流 信号 的差分 模式 下,将导致错误 的检测 结果.若原始信号 的直流 电平 是地电平 的话,这种技术 也不能使用 .图2所示此类电路 的实例 .图3：音频放大 器的直接 实现 方法 . chn -e中国电子网 电路 的第二 个部分 是音频放大 器.该电路 的解决 方案 与所需的声音质 量有关.真正的差分 输入 比进入一个 放大 器的差分 信号 能提供更高的声音质 量,实际的差分 放大 器需要 一个 附加电路 将单端信号 转换 为差分 输入 信号 . 音频放大 器最容易的实现 方法 是将信号 输入 到一个 放大 器中(图3).在单端模式 下,该差分 输入 不产生信号 ,允许正相输入 设置 为0.5Vcc,这是标准 的单端输入 配置 .模拟 开关 保持在断开状态 ,以使放大 器输出 2倍的增益 .在差分 模式 下,模拟 开关 闭合,增益 变为1.因此对于不同的输入 模式 ,这两种 输入 信号 都会产生相同的输出 信号 幅度. 图4：运算放大 器用于在差分 音频放大 器中产生反向信号 . copyright chn -e中国电子网 第二 种实现 方法 是采用 真正的差分 放大 器来驱动 扬声器 .这种放大 器可提供较好的噪声 抑止.与前面的例子不同,此时输入 音频放大 器的信号 需要 是差分 信号 .差分 信号 可利用 运算放大 器或变压器 来实现 .运算放大 器的实现 方法 在尺寸 方面较为便利,但对平衡输入 信号 则存在困难(图4).该运算放大 器的增益 为-1,以将单端输入 信号 变成反向信号 .模拟 开关 在输入 之间转换 以实现 音频放大 器的输入 .这种差分 信号 可以 直接 送入音频放大 器中.图4是电路 图. chn -e中国电子网 替代运算放大 器产生差分 信号 的另一个 方法 是采用 1:1的变压器 .该变压器 可简化电路 ,但增加 了尺寸 ,特别是高度.需要 注意 的是,变压器 的频率 范围需要 处于系统 能够放大的 音频信号 范围之内.原始的输入 信号 需要 采用 交流 旁路电容 来使直流 与地隔离 .模拟 开关 用于使该放大 器的增益 在2倍(单端输入 )与1倍(差分 输入 )之间进行 转换 .变压器 电路