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遇到音頻有POP爆破音的問題，特別是在上電的瞬間的時候，關于此看到一篇比較好的文章，分享給大家。

音頻IC與功放IC的電源時序與功能模塊使能時序

這里強調了電源時序和使能時序，電源時序是指系統(tǒng)中各種芯片電源供電或者斷電的時序，而使能時序是系統(tǒng)供電穩(wěn)定后由各個控制信號控制的功能模塊的使能或關閉順序。

對于電源時序，由于多數(shù)音頻IC的輸出在上電和斷電中不穩(wěn)定，當然功放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序是：音頻IC先上電，然后功放上電

相反，電源斷電的理想時序是：功放先斷電，然后音頻IC斷電

上電：但是通常來說功放的供電電壓會高于音頻IC，這就導致音頻IC會先于音頻IC上電，此時就要保證功放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，掉電時也需要先將功放IC的SD拉低，避免音頻IC掉電時產(chǎn)生POP音的輸出。不難看出，上電時可以通過SD的下拉電阻使功放處于standby狀態(tài)；

掉電：在掉電時可分為兩種情況，若由軟件控制關機進程，可以用IO來控制SD在掉電過程中優(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序沒辦法確定，因此就需要掉電檢測電路來將SD迅速拉低。詳細的電路會在后面說明。

MUTE：部分功放IC設置了MUTE和STB引腳。MUTE有效時，作用機制是在芯片內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，將Vbias偏置電路關斷。后文會說明，Vbias的瞬變會引起POP音，因此可以利用MUTE的作用時序有效地抑制開關機的噪音。在功放IC上電時，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?shù)綦姴僮鲿r，在準備掉電之前，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。另一個原因是無論MUTE是否作用，STB開關所帶來的Vbias脈沖一定會對功放的輸出造成干擾，因此在STB作用之前關閉音頻輸入可能帶來的噪音非常有必要。

功放IC輸入端INP與INN的阻抗匹配

一般電子設備運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，簡化的輸入級模型如下圖：

功放上電后，在SD拉高使能功放時，偏置電壓會從0V開始上升到額定的偏置電壓，該過程的時間長短取決于內部偏置電源對外部阻抗網(wǎng)絡的充電速度。

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間會形成差分信號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更容易出現(xiàn)這個情況。以下是差分輸入和單端輸入的比較：

不過，在實際應用中，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，空出來的差分信號通過電容耦合到地。

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)格為基礎進行調整，調整的依據(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：功放的啟動時間是30ms，指的是SD拉高到功放開始有輸出之間的延遲時間。若上述啟動時對輸入阻抗網(wǎng)絡的充電穩(wěn)定時間少于30ms，則阻抗不匹配引起的差分輸入被放大后的信號也不會造成噪聲。因此，適當減小上圖中的輸入電容（減小阻抗）就可以減小輸入級的穩(wěn)定時間，從而避免POP的產(chǎn)生。

實際上，即使輸入級的穩(wěn)定時間已經(jīng)足夠短，減小輸入電容仍可以起到抑制POP的作用，這是因為減小輸入電容會使輸入信號的低頻率增益減小，因此整體的增益水平都會降低，包括POP噪音，尤其是噪音在低頻具有豐富頻譜時效果更明顯。

阻抗匹配的驗證方法：出現(xiàn)POP聲后，首先在軟件上做測試，禁止音頻IC輸出信號，此時控制SD腳電平模擬功放的開關過程，若POP消失，則說明P/N阻抗匹配以及功放部分電路沒有問題；若POP依然存在，則進行以下步驟。

將音頻IC的輸出斷開，并將功放的輸入電路部分通過相同的電容接地，盡量保證P/N外部阻抗相同并且沒有輸入信號干擾。此時控制SD腳電平模擬開關過程，若POP聲依然存在，則說明是其他原因造成POP聲的；若POP消失，則說明原電路P/N阻抗不匹配；若POP變小，則說明原電路P/N阻抗不匹配只是一個原因，還有別的因素會產(chǎn)生POP聲。

增大VBIAS濾波電容

對于音頻集成電路，通常有一個pin，叫做Vbias，Vref，Vmid，Vsvr，bypass或micbias等。它是內部直流基準電壓，也就是想要內部電路工作，這個偏置電壓必須建立起來。在應用時通常外接一只旁路電解電容對地，起到濾除噪聲的作用。對于使用正的單電源系統(tǒng)在穩(wěn)定工作時，它的電壓值約等于1/2Vcc.增大這個電容的電容值，能抑制POP噪聲。當芯片上電或EN使能后，直流偏置電壓開始建立，從0V逐漸升高，對Vbias濾波電容充電，經(jīng)過一定的時間后，電壓上升到1/2Vcc，芯片可以工作，輸出的音頻信號就是基于這個直流電壓上下擺動。同樣當關電或者EN不使能時，濾波電容放電，偏置電壓開始下降。實驗證明，偏置電壓的瞬變過程會產(chǎn)生POP聲。如下圖，增大濾波電容就可以降低瞬變時的脈沖幅度，增寬脈沖，減少POP聲。（紅線是Vbias電源，藍線是耦合輸出）

有些Audio芯片集成了一個固定的延時電路單元，上電后，需要經(jīng)過一段固定延時之后，Vbias才開始緩慢上升，直到穩(wěn)定；當芯片掉電時，很難再延時一段時間才開始下降，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，此濾波電容過大，會使芯片的建立時間拉長，給人感覺聲音遲遲沒有輸出的感覺。另外電容過大還會使音頻系統(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：

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

在實際應用中，絕大部分輸出信號都是使用的BTL Mode，下面介紹兩種BTL結構的兩種電路形式。

左圖是兩個放大單元連接并形成并聯(lián)形式，同一個輸入信號分別進入兩個放大單元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。

右圖采用級聯(lián)形式，AMP3反向，AMP4的增益為-R14/R13=-1。實際上AMP3的輸出，經(jīng)過AMP4 反向后，會有一定的延時，因此這種結構抑制POP聲的效果略差一點，通常在小功率的器件中。

除此之外，還有另一種結構，OCL結構，與BTL結構非常類似，優(yōu)點是系統(tǒng)的頻率響應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隔斷直流基準電壓Vbias

②耦合交流的音頻信號，它與揚聲器負載構成了一階高通濾波器

因為噪聲和POP聲的頻譜都在高頻，因此可以適當減小電容來消減POP聲，但要注意音頻增益的損耗和整體的聲音質量，需要一個平衡。