便攜式多媒體系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量音頻
在當(dāng)前功能集中的便攜式多媒體設(shè)備中，有越來越多的功能正被集成到越來越小的系統(tǒng)中。音頻是市場上任何具有多媒體功能的系統(tǒng)中最基本的功能，但系統(tǒng)設(shè)計師通常更關(guān)注‘吸引人眼球’的特性，如無線連接、視頻處理、圖像捕獲和顯示等。其結(jié)果是，在眾多的重要元器件之間，哪里有一點(diǎn)空間，就把音頻電路擠身到哪里，從而導(dǎo)致音頻質(zhì)量非常一般乃至低劣。然而，只要稍加注意，良好的音頻質(zhì)量就能與用戶要求的眾多其它性能一起被無縫集成到系統(tǒng)中。本文提供了一些與包含有音頻回放和/或記錄功能的任何便攜式系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)的優(yōu)秀系統(tǒng)設(shè)計和PCB版圖設(shè)計的各種建議。
在便攜式音頻系統(tǒng)中存在許多引起劣質(zhì)音頻的源，不過本文主要關(guān)注模擬音頻信號上影響音質(zhì)的噪聲源。不管是平坦(“白”)還是音調(diào)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(diào)噪聲根據(jù)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污染可以通過良好的系統(tǒng)設(shè)計和PCB版圖設(shè)計加以避免。
大多數(shù)便攜式音頻系統(tǒng)采用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)或編解碼(codec)芯片將數(shù)字音頻轉(zhuǎn)換成通過耳機(jī)或揚(yáng)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(shè)計非常重要。
編解碼器或DAC都是在同一芯片中同時包含有模擬和數(shù)字電路。這樣，就有多個電源引腳用于提供模擬和數(shù)字電源，一般標(biāo)記為AVDD和DVDD。這些電源管腳分開來的原因是由于數(shù)字電路的高速開關(guān)電流會產(chǎn)生非常大的噪聲，而模擬電路對電源噪聲又非常敏感。音頻系統(tǒng)設(shè)計和版圖的要點(diǎn)是，必須為模擬電源引腳提供紋波和瞬變都很小的‘干凈’電源。在模擬電源引腳上呈現(xiàn)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(zhì)量。
在便攜式音頻系統(tǒng)中，主電源通常是電池。由于系統(tǒng)其它部分(包括無線收發(fā)器、存儲器和顯示器等)造成的瞬態(tài)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制比(PSRR)和低輸出噪聲的低壓降穩(wěn)壓器(LDO)。這樣可確保模擬電路有‘潔凈’的工作電源。需要仔細(xì)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(shù)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，并在電容和電源與地的連接中盡可能避免出現(xiàn)PCB過孔。相對于比較大的電容來說，較小的去耦電容要更靠近IC引腳擺放，因為串聯(lián)電阻對較小電容的響應(yīng)時間影響較為顯著。
