无源元件对音质的影响与改善的新技术(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-01 原文发表时间:2007-07-02 人气:1

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（3）陶瓷电解质
陶瓷电容常用于音频电路两级间的交流耦合、低音增强和滤波电路。不同类型电解质的特性如图3所示，对应的元件列于表2。图3也给出了一种随意选取的穿孔式陶瓷电容器的特性曲线。最差情况是X5R电解质，-3dB点的THD仅为 0.2%。为便于比较，可将其等同为-54dB的失真。与此同时，大多数16位音频DAC和CODEC（编码/解码器-Coder/Decoder）的THD，相对于其满度输出至少要比这个数值（-54dB）好一数量级。

4、如何避免和改善电容器电压系数效应的影响
（1）图4显示了一种线路输入拓扑，它采用一种新颖的交流耦合结构，允许采用比传统结构低得多的输入电容。本例中的输入电容（C1）为0.047μF，因而可以采用COG（玻璃片）电解质的陶瓷电容，外壳尺寸仅为1206-这种结构使电压系数引起的THD减至最小（见图3中1206曲线）。

为避免和改善电容器电压系数效应的影响，图4中采用了具有低输入偏置电流的器件MAX4490。其MAX4490是双四组低成本、高转换率的运算放大器，其特点是：2.7V~5.5V单电源工作电压；转换率为10V/μs；宽带10MHz；轨对轨输入共态电压范围；轨对输出电压偏差；能驱动的负载电阻为2kΩ。最广泛应用于音频信号状态中的新颖器件。该线路运算放大器的直流反馈由两个100kΩ电阻提供。在音频频段上，直流反馈电路的影响被C2和R5削弱，因此反馈主要由R1和R2通过C1完成。各器件取图中所示数值时，-3dB截止频率为5Hz.
这种复合反馈有一个一阶低频响应，但在高通截止频率附近可能会被调谐成二阶响应。因此，图5所示为图4所示电路的频率响应曲线。只要适当调整图4中元件值就可能将图5曲线变成接近于最大平直度的高通响应函数。这个原理电路经过简单修改后很容易应用到准差分和全差分输入线。

（2）立体声耳机驱动IC（MAX4410）采用一种创新技术，称为直接驱动。其MAX4410框图见图6所示。MAX4410工作于单一正电源PVDD时，却可将输出偏置设定在0V，这样，就可以用直流耦合方式驱动耳机。因它具有以下一些优点，故也广泛用于蜂窝式电话、MP3播放机及PDA等便携设备之中。

其优点如下：
*省掉了大尺寸的隔直电容（典型100μF至470μF），同时也消除了一个由电压系数引起的主要的THD来源。
*更低的-3dB截止频率，由输入电容和输入电阻决定的截止频率大约在1.6Hz，但若采用交流耦合方式驱动16Ω耳机，要实现1.6Hz的-3dB点就需要大约6200μF的电容。此外，低频响应也不再和负载相关了。

*省个大尺寸电容，显著节省了印制板面积。
*对于一个参照于地的负载，为了使输出级能够吸收和输出负载电流，MAX4410芯片产生了一个内部的负电源来驱动放大器。由于这个电源（PVss）是正电源（VDD）的反相，可用的输出电压动态范围（接近2VDD）是传统的单电源交流耦合耳机驱动器的两倍。

在本例中，我们已给出了一个相对简单的方法用降低输入电容的电压系数效应在音频频段的影响，那就是选用超额容值的电容。假定输入电阻为10kΩ，选10μF陶瓷电容作为CIN。这种组合将-3dB点置于1.6Hz，这样，电压系数非线性所造成的最坏影响也要比人耳能够听到的最低频率低至少一个数量级。

（3）再来分析一下若采用更大容值的电容的弊端，对比了两种类型（铝电解和钽电解）的100μF电容，当它们和16Ω电阻组成高通滤波器时的特性。在100Hz，-3dB频率点，两种类型的电容都会由于电压系数效应产生显著的THD。100μF钽电容在-3dB截止点产生的THD是0.2%，等同于图4中性能最差的X5R陶瓷电容器。若利用Maxim的直接驱动或类似技术，摒弃这些音频通道上的器件，将显著改善音频品质，在低频段尤为显著。

5、总结
无源器件会给模拟音频带来显著的、可测量的性能恶化。这种效应很容易用标准的音频测试装置测试和评价。在已经过测试的电容类型中，铝电解和聚酯电容有最低的THD，X5R陶瓷电容的THD最差。

而选择有源器件时，应注意尽可能减少模拟音频电路中交流耦合电容的数量。例如，可以采用差分信号或直接驱动器件（1MAX4410）来馈送耳机。如果可能的话，在设计音频电路时尽可能使用小容值电容，这样就可以使用COG（玻璃片）或PPS（聚苯硫化塑胶）电容。为了减小交流耦合音频电路中电压系数的影响，可将-3dB点降低到低于实际需求的位置。例哪10倍频，将可能产生问题的频率限制在次声波频段。
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