中心議題：

• 關於耳機爆破音
• 耳機驅動器引起的TDMA噪聲

解決方案：

• 單電源供電的耳機驅動器內部產生一個負電源
• 耳機插座的公共回路不接地，接一個通常是耳機驅動器電源電壓一半的偏置電壓

隨sui著zhe音yin樂le手shou機ji概gai念nian的de風feng行xing
，手shou機ji不bu再zai是shi一yi個ge簡jian單dan的de通tong話hua工gong具ju，人ren們men越yue來lai越yue關guan心xin手shou機ji的de音yin樂le播bo放fang音yin效xiao，這zhe給gei手shou機ji音yin頻pin設she計ji也ye帶dai來lai了le越yue來lai越yue多duo的de壓ya力li。本ben文wen概gai述shu手shou機ji模mo擬ni音yin頻pin設she計ji中zhong經jing常chang會hui遇yu到dao的de耳er機ji爆bao破po音yin、TDMA噪聲產生的機理，並介紹通過選擇合適的耳機驅動器來解決這些問題。

關於耳機爆破音
　　
在(zai)手(shou)機(ji)中(zhong)，無(wu)論(lun)基(ji)帶(dai)芯(xin)片(pian)或(huo)應(ying)用(yong)處(chu)理(li)器(qi)中(zhong)集(ji)成(cheng)的(de)耳(er)機(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)
，或(huo)者(zhe)分(fen)立(li)的(de)耳(er)機(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)都(dou)是(shi)單(dan)電(dian)源(yuan)供(gong)電(dian)的(de)，其(qi)用(yong)來(lai)驅(qu)動(dong)耳(er)機(ji)的(de)單(dan)端(duan)信(xin)號(hao)輸(shu)出(chu)電(dian)平(ping)通(tong)常(chang)介(jie)於(yu)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)和(he)GND之間，正常播放音樂時輸出的交流信號會帶有Vcc/2的偏置電壓。由於動圈耳機的直流阻抗隻有16或32歐ou姆mu，為wei了le降jiang低di耳er機ji驅qu動dong器qi直zhi接jie驅qu動dong動dong圈quan耳er機ji的de功gong耗hao
，並bing減jian小xiao直zhi流liu偏pian置zhi對dui耳er機ji的de損sun害hai，輸shu出chu信xin號hao有you直zhi流liu偏pian置zhi的de耳er機ji驅qu動dong器qi會hui要yao求qiu在zai功gong放fang和he耳er機ji之zhi間jian串chuan聯lian一yi個ge隔ge直zhi電dian容rong。

該隔直電容會和耳機阻抗形成一個高通濾波器
，理想條件下該高通濾波器的3dB低頻截止頻率為1/2πRC(R為耳機的阻抗，C為隔直電容的容值)。為wei了le改gai善shan耳er機ji低di頻pin音yin效xiao，我wo們men希xi望wang此ci高gao通tong濾lv波bo器qi的de低di頻pin截jie止zhi頻pin率lv越yue低di越yue好hao，但dan由you於yu耳er機ji的de阻zu抗kang是shi固gu定ding的de，為wei獲huo得de更geng好hao低di頻pin響xiang應ying唯wei一yi可ke以yi改gai變bian的de就jiu是shi電dian容rong容rong值zhi
，所suo以yi一yi般ban用yong於yu耳er機ji輸shu出chu的de隔ge直zhi電dian容rong容rong值zhi都dou很hen大da，圖tu1所示為選擇不同容值的隔直電容時形成的高通濾波器頻響曲線。

圖1采用不同容值的隔直電容時形成的高通濾波器頻響
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由you於yu電dian容rong的de存cun在zai，當dang耳er機ji驅qu動dong器qi第di一yi次ci上shang電dian或huo從cong關guan斷duan模mo式shi喚huan醒xing時shi
，帶dai有you直zhi流liu偏pian置zhi的de輸shu出chu信xin號hao加jia載zai到dao隔ge直zhi電dian容rong上shang的de瞬shun間jian，電dian容rong上shang的de電dian壓ya建jian立li過guo程cheng會hui產chan生sheng一yi個ge瞬shun時shi的de充chong電dian電dian流liu
，同tong樣yang耳er機ji驅qu動dong器qi斷duan電dian時shi也ye會hui產chan生sheng一yi個ge瞬shun時shi的de放fang電dian電dian流liu。這zhe是shi因yin為wei電dian容rong存cun儲chu的de電dian量liang為wei：
  　　Q=C×V
　　
兩邊對時間t求導：
　　
　　
即電容充放電產生的電流。圖2揭jie示shi了le當dang耳er機ji驅qu動dong器qi上shang電dian和he斷duan電dian時shi，隔ge直zhi電dian容rong充chong放fang電dian電dian流liu在zai耳er機ji負fu載zai上shang產chan生sheng的de電dian壓ya瞬shun變bian
，由you於yu該gai電dian壓ya瞬shun變bian的de頻pin譜pu很hen寬kuan，落luo在zai人ren耳er可ke以yi的de聽ting到dao頻pin率lv範fan圍wei內nei就jiu形xing成cheng了le爆bao破po音yin。



圖2耳機驅動器上電和斷電時耳機上測到的電壓波形和頻譜
　　
由(you)於(yu)在(zai)依(yi)賴(lai)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)的(de)手(shou)機(ji)等(deng)便(bian)攜(xie)式(shi)設(she)備(bei)中(zhong)，為(wei)了(le)降(jiang)低(di)功(gong)耗(hao)，延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)使(shi)用(yong)時(shi)間(jian)，經(jing)常(chang)需(xu)要(yao)在(zai)不(bu)需(xu)使(shi)用(yong)耳(er)機(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)時(shi)將(jiang)其(qi)關(guan)斷(duan)，因(yin)而(er)爆(bao)破(po)音(yin)將(jiang)會(hui)是(shi)硬(ying)件(jian)工(gong)程(cheng)師(shi)必(bi)須(xu)要(yao)麵(mian)對(dui)的(de)問(wen)題(ti)。聰(cong)明(ming)的(de)硬(ying)件(jian)工(gong)程(cheng)師(shi)們(men)發(fa)明(ming)了(le)許(xu)多(duo)種(zhong)膠(jiao)合(he)邏(luo)輯(ji)電(dian)路(lu)來(lai)消(xiao)除(chu)由(you)於(yu)電(dian)容(rong)瞬(shun)時(shi)充(chong)放(fang)電(dian)引(yin)起(qi)的(de)爆(bao)破(po)音(yin)，Maxim公司還生產了一顆專門用來消除耳機爆破音的膠合邏輯芯片MAX9890。考慮到隔直電容是產生耳機爆破音的元凶，因此從電路中去除隔直電容才是消除爆破音最根本的解決方案。
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目mu前qian業ye界jie有you兩liang種zhong去qu除chu隔ge直zhi電dian容rong的de方fang案an，第di一yi種zhong是shi耳er機ji插cha座zuo的de公gong共gong回hui路lu不bu接jie地di，而er是shi接jie一yi個ge通tong常chang是shi耳er機ji驅qu動dong器qi電dian源yuan電dian壓ya一yi半ban的de偏pian置zhi電dian壓ya，這zhe樣yang耳er機ji驅qu動dong器qi輸shu出chu信xin號hao相xiang對dui該gai偏pian置zhi電dian壓ya為wei正zheng負fu對dui稱cheng的de電dian平ping
，不bu再zai需xu要yao隔ge直zhi電dian容rong。但dan這zhe種zhong方fang案an存cun在zai一yi個ge隱yin患huan，如ru果guo耳er機ji插cha座zuo內nei插cha入ru金jin屬shu異yi物wu導dao致zhi公gong共gong回hui路lu對dui地di短duan路lu
，可ke能neng導dao致zhi過guo熱re產chan生sheng危wei險xian。
　　
第di二er種zhong去qu除chu隔ge直zhi電dian容rong的de方fang式shi是shi在zai單dan電dian源yuan供gong電dian的de耳er機ji驅qu動dong器qi內nei部bu產chan生sheng一yi個ge負fu電dian源yuan，該gai負fu電dian源yuan通tong常chang采cai用yong內nei部bu的de反fan壓ya電dian荷he泵beng產chan生sheng，這zhe樣yang的de耳er機ji驅qu動dong器qi實shi際ji上shang是shi采cai用yong的de是shi的de雙shuang電dian源yuan供gong電dian

，其qi輸shu出chu信xin號hao是shi相xiang對dui於yuGND正負對稱的

，因此也不需要隔直電容，如圖3所示。


圖3耳機驅動器內部產生一個負電源供電
，輸出波形相對GND正負對稱
　　
第二種方案對改善耳機爆破音的效果可以參見圖4所(suo)示(shi)，其(qi)中(zhong)，左(zuo)圖(tu)為(wei)使(shi)用(yong)隔(ge)直(zhi)電(dian)容(rong)且(qie)單(dan)電(dian)源(yuan)供(gong)電(dian)的(de)耳(er)機(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)上(shang)電(dian)瞬(shun)態(tai)過(guo)程(cheng)
，而(er)右(you)圖(tu)為(wei)內(nei)部(bu)利(li)用(yong)電(dian)荷(he)泵(beng)產(chan)生(sheng)負(fu)電(dian)源(yuan)的(de)耳(er)機(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)上(shang)電(dian)瞬(shun)態(tai)過(guo)程(cheng)(不再需要隔直電容)，可以看出，去掉了隔直電容後耳機驅動器上電對耳機上幾乎看不到什麼影響。


圖4去掉隔直電容對耳機爆破音的改善
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去掉隔直電容除了能夠消除爆破音

，另一個好處是耳機低頻輸出也得到了很大的改善，圖5所示為一個掃頻信號經過內部產生負電源的耳機驅動器後的波形和經過隔直電容後的波形對比。


圖5由上至下依次為：掃頻信號輸入，內部產生負電源的耳機驅動器輸出，
經過隔直電容後的波形

關於耳機驅動器引起的TDMA噪聲
　　
雖然業內已有多家半導體公司可以提供利用電荷泵在芯片內部產生負電源，輸出不需要隔直電容的耳機驅動器。但GSM手機硬件工程師在選擇耳機驅動器時還需要多注意一個問題，那就是TDMA噪聲。
　　
由於目前的手機外形越來越小巧，PCB板麵積被大大壓縮
，在有限的板麵積上有時還會集成藍牙，GPS，Wi-Fi等密集的射頻器件
，GSM天線很有可能受到PCB的布局限製比較靠近耳機驅動器。
　　
GSM的射頻PA工作時產生的217HzBurst會通過天線耦合到耳機驅動器內部
，而217Hz的射頻Burst包絡被耳機驅動器內部電路解調後，在耳機驅動器輸出就形成了所謂的TDMA噪聲。
　　
耳機驅動器內部電路的不同設計導致其對射頻Burst的抗解調能力不同，圖6所示為Maxim公司一款內部產生負電壓的耳機驅動器MAX9724和業界一款同類耳機驅動器的對射頻信號的抗解調能力對比，從圖中可以看出，在850M/900M/1800M/1900M四個GSM頻段，MAX9724的抗射頻解調能力分別提高62dB/37dB/67dB/49dB。選用抗射頻解調能力強的耳機驅動器除了能夠降低TDMA噪聲,另外還會給PCB的射頻和音頻布局帶來非常大的靈活性。


圖6Maxim公司的耳機驅動器MAX9724極大提升了抗射頻解調能力