圖1. 座艙音響系統喇叭分布圖

在數字D類(lèi)功放剛上電或功放播放狀態(tài)切換時(shí)，人耳偶爾會(huì )聽(tīng)到“嘣”的聲音，我們把這個(gè)爆破的聲音稱(chēng)為pop noise。數字功放pop noise 出現的原因有很多，本文主要分析pop noise出現原因，并提供相應解決方法。

1）電容充放電

圖2.單端功放結構示意圖

圖2所示為單端輸入功放，A1是比較放大器，用于設置增益，增強輸入信號的負載能力。A2輸出同A1輸出完全反向。Modulator用于信號調制，將輸入的模擬信號與三角波比較，生成PWM波驅動(dòng)外圍MOS。比較放大器A1的一端直連參考電壓Vref，另一端通過(guò)R_IN、C_IN連接輸入音頻信號。在系統上電時(shí)，Vref立刻上升到參考電壓值，而A1的另一端則需要通過(guò)給R_IN、C_IN充電，在經(jīng)一段時(shí)間后才能上升到參考電壓值。A1兩端的電壓差經(jīng)放大后，輸出產(chǎn)生pop noise。該場(chǎng)景下可通過(guò)降低輸入電容值，如換成1uf或0.47uf來(lái)實(shí)現降低 pop noise。

對于差分功放而言，如果P端和N端的輸出外圍硬件電路不匹配或者輸入外圍硬件電路不匹配，功放兩端輸入信號建立時(shí)間會(huì )不一樣，該差分信號差也會(huì )輸入功放并形成pop音。 如下圖所示，若A1兩端電壓上升速度一致，pop noise為0。5ns的信號建立時(shí)間差即可產(chǎn)生人耳可聽(tīng)到的pop音。

圖3 不同充電速度下的POP Noise  

如圖4所示，VR_ANA的電壓由AVDD經(jīng)LDO轉換而來(lái)，這會(huì )導致VR_ANA的電壓比AVDD上升慢。此處通過(guò)把AVDD 3.3V電阻分壓得到 1.5V ，在 VR_ANA 上放置一預偏置電壓，確保VR_ANA 與 3.3V 同時(shí)上升，進(jìn)而降低pop noise。其中，電容器用于消除 3.3V 的噪聲。

圖4. POP noise 抑制電路

2）PWM啟停

在系統掉電或上電，功放播放狀態(tài)切換，或輸入音源切換時(shí)，PWM會(huì )產(chǎn)生啟停，進(jìn)而產(chǎn)生瞬態(tài)的POP音。如下圖所示，在連續PWM動(dòng)作時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率及其附近的鏡像頻率都可以順利的被LC濾波器濾除。而在PWM啟停時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率及其奇次諧波會(huì )延伸到人耳可聽(tīng)的20-2kHz范圍內。該開(kāi)關(guān)頻率低于LC濾波器的截止頻率，不能被濾除進(jìn)而產(chǎn)生pop音。

圖5. 連續PWM及PWM啟動(dòng)的時(shí)頻域圖

對于BTL結構的功放在進(jìn)行AD調制時(shí)，PWM開(kāi)啟第一個(gè)Duty cycle，如果A-side拉低，Bootstrap 電容可以順利充電，但B-side在此時(shí)拉高，這使得Bootstrap電容充電失敗。Bootstrap電容提供N MOSFET的充電電壓，如Bootstrap電容充電失敗，則B-side 第一個(gè)PWM不能正常輸出。A-side和B-side的不平衡輸出會(huì )產(chǎn)生明顯的POP音。 TI針對該類(lèi)pop noise進(jìn)行了優(yōu)化，在A(yíng)D和BD調制中，都使得第一個(gè)PWM為低，進(jìn)而消除Clock fault。

圖6 AD調制PWM開(kāi)啟示意圖

3）上下電順序錯誤

音頻系統有嚴格的上下電順序。通常功放的供電電壓會(huì )比SOC的供電電壓高，也比SOC電壓建立時(shí)間早。為避免pop noise在SOC上電及功放上電時(shí)發(fā)生，要保持功放為Hi-zi/standby狀態(tài)，且待功放充分充電后(20ms)，再開(kāi)啟PWM波，輸入音源。同理在功放斷電時(shí)，為避免掉電速度不一致，我們需要Mute 并將Standby引腳拉低15ms后再進(jìn)行掉電。TI 的PurePath Digital 具有優(yōu)化后的啟動(dòng)序列，這使得可聽(tīng)音頻帶的pop音盡可能小。

4）PVDD電壓/Gain值急速抬升

PVDD電壓急劇上升或Gain值急速抬升均會(huì )導致pop noise 出現。在進(jìn)行原理圖繪制時(shí)，需要將Cstart軟啟動(dòng)電容設置在合理的范圍內，防止PVDD急速上升。此外，針對某些功放在開(kāi)機第一次POP noise出現后，還出現了第二次pop noise。這是因為功放在上電后，增益值會(huì )以一定步長(cháng)爬升到設定增益，如果步長(cháng)設定值過(guò)大，會(huì )導致pop noise的出現。

5）Hizi-play 狀態(tài)切換Clock Fault

如果喇叭不僅僅在開(kāi)機或者狀態(tài)轉換時(shí)出現pop 音，而是當功放從Hi-zi切換到play時(shí)，連續出現POP noise，此時(shí)應當檢查是否出現Clock Fault。硬件工程師可以斷開(kāi)SOC的IIC控制，并將IIC通過(guò)USB轉接板連接到PPC3進(jìn)行Clock Fault檢驗。

若此時(shí)出現Clock Fault 應檢查輸入音頻信號I2S/TDM是否滿(mǎn)足數據手冊的要求（見(jiàn)數據手冊Electrical Characteristics 中Serial Audio Port）。此外，數據手冊中還有其他特殊情況的說(shuō)明，以TAS6424L/M-Q1系列為例，如果客戶(hù)將SCLK和MCLK連接到一起，FSYNC需要為2 MCLK以上。若SOC為高通8155系列，FYSNC輸出共有3個(gè)選項：第一是2MCLK ，第二是50% duty cycle ，第三為1 slot，我們可以選擇后兩項作為FSYNC輸入。

德州儀器TAS6424E-Q1是一款采用2.1MHz開(kāi)關(guān)頻率的四通道數字輸入D類(lèi)音頻放大器。在成本方面，該芯片工作頻率為2.1MHz，這使得芯片可以使用體積更小，成本更低的LC濾波器，進(jìn)而實(shí)現整體成本優(yōu)化。在提高開(kāi)關(guān)頻率的同時(shí)， TI TAS6424E-Q1芯片通過(guò)展頻及PWM序列優(yōu)化具備良好的EMI表現。另外，該芯片集成了AC、DC故障診斷，可實(shí)現負載短路到電源、負載短路到地、負載開(kāi)路、負載短路等故障診斷，并實(shí)現高精度的負載阻抗和相位測量。此外，TAS6424E-Q1芯片中集成了上電啟動(dòng)序列優(yōu)化及第一個(gè)PWM為低等抑制pop 音的解決方案，實(shí)現了良好的用戶(hù)聽(tīng)音感受。除低pop noise外，該芯片的Burr-Brown音頻架構和增加的內部音頻環(huán)路帶寬也可提供出色的音質(zhì)，帶來(lái)良好的用戶(hù)體驗。