中心議題：

• 便攜式音頻係統中的電源噪聲及解決方法
• 便攜式音頻係統中的耦合噪聲及解決拌飯

解決方案：

• 使用低壓降穩壓器和去耦電容改善模擬電源噪聲
• 用效率更高的開關模式電源供電改善數字電源噪聲
• 使用差分電路和放大低電平信號減弱耦合噪聲

zaidangqiangongnengjizhongdebianxieshiduomeitishebeizhong
，youyuelaiyueduodegongnengzhengbeijichengdaoyuelaiyuexiaodexitongzhong。yinpinshishichangshangrenhejuyouduomeitigongnengdexitongzhongzuijibendegongneng，danxitongshejishitongchanggengguanzhu‘吸引人眼球’的特性，如無線連接、視頻處理、圖tu像xiang捕bu獲huo和he顯xian示shi等deng。其qi結jie果guo是shi，在zai眾zhong多duo的de重zhong要yao元yuan器qi件jian之zhi間jian，哪na裏li有you一yi點dian空kong間jian

，就jiu把ba音yin頻pin電dian路lu擠ji身shen到dao哪na裏li，從cong而er導dao致zhi音yin頻pin質zhi量liang非fei常chang一yi般ban乃nai至zhi低di劣lie。然ran而er，隻zhi要yao稍shao加jia注zhu意yi
，良liang好hao的de音yin頻pin質zhi量liang就jiu能neng與yu用yong戶hu要yao求qiu的de眾zhong多duo其qi它ta性xing能neng一yi起qi被bei無wu縫feng集ji成cheng到dao係xi統tong中zhong。本ben文wen提ti供gong了le一yi些xie與yu包bao含han有you音yin頻pin回hui放fang和he/或記錄功能的任何便攜式係統設計相關的優秀係統設計和PCB版圖設計的各種建議。

在便攜式音頻係統中存在許多引起劣質音頻的源
，不過本文主要關注模擬音頻信號上影響音質的噪聲源。不管是平坦(“白”)還是音調的非諧波噪聲都會使最終用戶感到討厭。白色噪聲被感知為“背景雜音”，在靜音時用戶能很明顯地聽見
，而音調噪聲根據頻率成分不同可被感知為‘嗡嗡聲’，‘哼聲’或‘嗚嗚聲’。音頻信號中不必要的噪聲汙染可以通過良好的係統設計和PCB版圖設計加以避免。

大多數便攜式音頻係統采用數模轉換器(DAC)或編解碼(codec)芯片將數字音頻轉換成通過耳機或揚聲器能聽到的模擬信號。因此圍繞音頻編解碼器或DAC的版圖設計非常重要。

電源噪聲及解決方案

編解碼器或DAC都是在同一芯片中同時包含有模擬和數字電路。這樣，就有多個電源引腳用於提供模擬和數字電源，一般標記為AVDD和DVDD。這zhe些xie電dian源yuan管guan腳jiao分fen開kai來lai的de原yuan因yin是shi由you於yu數shu字zi電dian路lu的de高gao速su開kai關guan電dian流liu會hui產chan生sheng非fei常chang大da的de噪zao聲sheng，而er模mo擬ni電dian路lu對dui電dian源yuan噪zao聲sheng又you非fei常chang敏min感gan。音yin頻pin係xi統tong設she計ji和he版ban圖tu的de要yao點dian是shi
，必bi須xu為wei模mo擬ni電dian源yuan引yin腳jiao提ti供gong紋wen波bo和he瞬shun變bian都dou很hen小xiao的de‘幹淨’電源。在模擬電源引腳上呈現的任何噪聲都會以不同的方式損害音頻輸入或輸出信號的質量。

在便攜式音頻係統中，主電源通常是電池。由於係統其它部分(包括無線收發器、存儲器和顯示器等)造成的瞬態變化，使得電池的噪聲非常大。因此在給音頻編解碼器或DAC以及其它音頻信號路徑上的器件(如放大器等)提供模擬電源時

，最好不要直接使用電池電壓，而是使用具有良好電源抑製比(PSRR)和低輸出噪聲的低壓降穩壓器(LDO)。這樣可確保模擬電路有‘潔淨’的工作電源。需要仔細選擇LDO
，確保其額定電流能足以滿足所供電電路的需求。在模擬電源端去耦電容的使用方法也很重要。大的去耦電容(10µF 以上)非常適合電源濾波。數值較小的去耦電容(1µF以下)在提供IC所需的快速瞬變電流時也是必需的。去耦電容必須盡可能靠近模擬電源引腳放置，並在電容和電源與地的連接中盡可能避免出現PCB過孔。相對於比較大的電容來說
，較小的去耦電容要更靠近IC引腳擺放，因為串聯電阻對較小電容的響應時間影響較為顯著。

音頻轉換器芯片的數字電源對噪聲的敏感性要低於模擬電源，因此數字電路可以用效率更高的開關模式電源(SMPS)供電。SMPS通常有較高的輸出紋波和噪聲，但它們80%的效率和較高的供電能力可以顯著延長電池壽命。一般來說數字電源不必要使用大的去耦電容。不過，應該使用多個1µF和1nF這樣的小電容來對數字電路中頻率非常高的開關電流進行濾波。當然，同上所述，較小的去耦電容也要更靠近IC引腳放置。

耦合噪聲及解決方案

便(bian)攜(xie)式(shi)音(yin)頻(pin)係(xi)統(tong)中(zhong)另(ling)一(yi)個(ge)損(sun)害(hai)信(xin)號(hao)質(zhi)量(liang)的(de)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)是(shi)耦(ou)合(he)進(jin)模(mo)擬(ni)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)中(zhong)的(de)噪(zao)聲(sheng)。噪(zao)聲(sheng)耦(ou)合(he)機(ji)製(zhi)可(ke)以(yi)是(shi)感(gan)性(xing)或(huo)容(rong)性(xing)的(de)，但(dan)優(you)秀(xiu)的(de)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)和(he)PCB版圖可以減小噪聲耦合。可以達到較好噪聲免疫的方法之一是在模擬音頻信號路徑中盡可能使用差分信號。用於差分信號的PCB走線應成對布線並確保匹配阻抗，這樣任何噪聲都會等量地耦合進差分信號路徑的兩側(即‘共模’信號)。差(cha)分(fen)電(dian)路(lu)具(ju)有(you)的(de)共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)特(te)性(xing)可(ke)很(hen)好(hao)地(di)抑(yi)製(zhi)任(ren)何(he)耦(ou)合(he)進(jin)來(lai)的(de)噪(zao)聲(sheng)

，從(cong)而(er)有(you)效(xiao)減(jian)弱(ruo)可(ke)聽(ting)到(dao)的(de)噪(zao)聲(sheng)音(yin)量(liang)。雖(sui)然(ran)在(zai)許(xu)多(duo)情(qing)況(kuang)下(xia)不(bu)能(neng)使(shi)用(yong)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)，但(dan)這(zhe)的(de)確(que)是(shi)非(fei)常(chang)有(you)用(yong)的(de)手(shou)段(duan)。

另外一種優秀的係統設計方法是：使PCB板ban上shang的de易yi受shou噪zao聲sheng耦ou合he影ying響xiang的de信xin號hao使shi用yong盡jin可ke能neng高gao的de信xin號hao電dian平ping。可ke以yi有you效xiao地di假jia設she耦ou合he噪zao聲sheng的de幅fu度du不bu會hui隨sui著zhe發fa送song信xin號hao電dian平ping的de增zeng加jia而er增zeng加jia。因yin此ci
，如ru果guo噪zao聲sheng電dian平ping是shi恒heng定ding的de，當dang信xin號hao電dian平ping增zeng加jia時shi信xin噪zao比bi(SNR)就會增加。越高的SNR代表越高性能的音頻係統。低電平信號穿越PCB時，一般需要進行放大
，這樣就同時提高了噪聲和信號電平，最終降低了整個係統的SNR。最好的方法是在靠近信號源處對低電平信號進行放大。[page]

圖1給出了采用這種方法的一個例子。麥克風產生的25mVp-p信號A(t)必須穿越PCB，並被放大到1Vp-p進行進一步處理。紅色框表示穿越PCB的走線
，它會遭受耦合噪聲的影響，用信號E(t)表示。在方案A中，信號在靠近麥克風、穿越PCB板和耦合到噪聲之前得到放大。結果係統的SNR是60dB。而在方案B中，信號在走線穿越PCB和耦合進噪聲之後才得到放大
，結果係統的SNR隻有28dB。因此優秀的係統設計可以實現顯著的性能提高。 

圖1：放大器位於不同位置將產生不同的信噪比。

對由於係統成本或體積限製而不能靠近源端放大的信號來說，盡可能縮短PCB走線長度很重要。短的PCB走線不太容易受到電容和電感性耦合噪聲的影響。

在內置麥克風的係統中需要仔細設計的最後一種信號是麥克風偏置電路。在便攜式音頻係統中使用的大多數駐極體麥克風(ECM)需要2～3V的de偏pian置zhi電dian壓ya。通tong常chang偏pian置zhi電dian壓ya是shi由you遠yuan離li麥mai克ke風feng的de芯xin片pian提ti供gong的de。在zai這zhe種zhong情qing況kuang下xia


，偏pian置zhi電dian壓ya會hui在zai到dao達da麥mai克ke風feng的de途tu中zhong拾shi取qu到dao噪zao聲sheng。這zhe種zhong噪zao聲sheng會hui直zhi接jie耦ou合he到dao麥mai克ke風feng的de輸shu出chu中zhong。對dui此ci，好hao的de設she計ji方fang法fa是shi在zai靠kao近jin麥mai克ke風feng處chu用yong電dian阻zu和he電dian容rong對dui偏pian置zhi電dian壓ya進jin行xing濾lv波bo。圖tu2就是典型的麥克風電路設計

，采用了‘偽差分’連接和R-C濾波器來衰減偏置電壓帶來的噪聲。

圖2:駐極體麥克風的偏置濾波和偽差分輸出設計

所suo有you的de音yin頻pin係xi統tong都dou需xu要yao某mou種zhong類lei型xing的de換huan能neng器qi才cai能neng讓rang用yong戶hu聽ting到dao產chan生sheng的de音yin頻pin。大da多duo數shu係xi統tong都dou有you耳er機ji輸shu出chu。一yi些xie係xi統tong包bao括kuo內nei置zhi揚yang聲sheng器qi，或huo驅qu動dong外wai部bu揚yang聲sheng器qi的de輸shu出chu電dian路lu。因yin為wei耳er機ji(大於16歐姆)和揚聲器(大於4歐姆)需要大功率信號，因此將與這些換能器相關的電路走線的阻抗減至最低至關重要。如果PCB走線有不必要的高阻抗，功率就會損失在PCB走線上

，無法送達換能器。這會導致音頻質量的下降、dianchishoumingjiangdiyijixitongzhongbubiyaodefare。jinliangshiyangshengqiheerjidedianluzouxiangengkuangengduankeyijianshaozhezhongzukang
，bingkeyijiangdiyoucidailaidefumianyingxiang。biao1對上述建議作了總結。當遵循這些建議時，就可以在低成本

、低功耗的便攜式音頻係統中享受到高質量的音頻信號。

表1：推薦的係統設計方法總結一覽表。