小功率型音頻子系統(tǒng)噪聲抑制技術(shù)的研究.pdf

1、集D類放大器、線性放大器、音量控制和音效增強等多種功能單元于一體的小功率型音頻子系統(tǒng)芯片愈來愈受歡迎，開始廣泛地應用于移動通信、多媒體裝置等便攜式設(shè)備中。隨著便攜式設(shè)備的小型化和輕薄化，芯片向多功能、高密度的集成趨勢發(fā)展，同時也導致了嚴重的噪聲問題，降低了音頻信號的質(zhì)量。目前，噪聲抑制技術(shù)的研究主要側(cè)重于功能單元級，鮮有音頻子系統(tǒng)級的考慮，且其抑制效果也有待于進一步提高。
　　本論文對小功率型音頻子系統(tǒng)的噪聲抑制技術(shù)進行研究，包括

2、宏觀可聞噪聲、本底噪聲和電源噪聲的抑制技術(shù)。在分析上述噪聲產(chǎn)生機理的理論基礎(chǔ)上，結(jié)合系統(tǒng)、電路、布圖和PCB設(shè)計提出了相應的噪聲抑制技術(shù)，并通過軟件仿真和芯片實驗等方法對其進行優(yōu)化和驗證。本論文提出的噪聲抑制技術(shù)有效地消除了可聞噪聲，降低了本底噪聲和電源噪聲，具體創(chuàng)新如下：
　　1.在小功率型音頻子系統(tǒng)的宏觀噪聲抑制中提出虛擬開關(guān)技術(shù)（Dummy Switch Technology, DST）和跨零自動增益控制技術(shù)（Zero Cr

3、ossing Auto Gain Control, ZAGC）。虛擬開關(guān)技術(shù)在音頻子系統(tǒng)的輸入級引入虛擬輸入開關(guān)以提高輸入級對輸入電容的充電速度并校正輸入電容電壓與參考電壓之間的誤差，在調(diào)制級引入虛擬反饋開關(guān)以模擬調(diào)制級的啟動過程，從而抑制了啟動過程中的POP噪聲并大大減少了啟動時間。跨零自動增益控制技術(shù)根據(jù)音頻信號的幅度自動調(diào)整系統(tǒng)增益，以避免因輸出信號被削波而導致破音噪聲，并在音頻信號跨零時刻使能增益變化，以避免因音頻信號瞬態(tài)變化而

4、導致爆音噪聲。通過0.6μm Bi-CMOS工藝平臺流片驗證，上述兩項技術(shù)可以有效地消除小功率型音頻子系統(tǒng)啟動和運行過程中的可聞噪聲。
　　2.在小功率型音頻子系統(tǒng)的本底噪聲抑制中設(shè)計了一種采用集成有源濾波器的D類放大器。使用工作于線性區(qū)的MOS器件實現(xiàn)300Meg?的有源電阻，使用約0.1mm2的布圖面積實現(xiàn)160pF的集成電容，從而獲得具有3Hz截止頻率的有源濾波器。采用該有源濾波器降低 D類放大器參考信號的熱噪聲，并在后端設(shè)

5、計中通過布圖隔離和襯底隔離以減小襯底噪聲，布線隔離以減小交調(diào)失真，匹配性設(shè)計以增強電源抑制能力。通過0.6μm Bi-CMOS工藝平臺流片驗證，測試表明采用集成有源濾波器的D類功率放大器具有0.08％的諧波失真，90dB的交調(diào)失真抑制比、72dB的電源抑制比和88dB的信噪比，與采用外置濾波器的D類功率放大器具有相似的性能。
　　3.在小功率型音頻子系統(tǒng)的線性驅(qū)動器噪聲抑制中提出采用NMOS LDO抑制電源噪聲的技術(shù)。NMOS L

6、DO采用NMOS器件作為導通元件，在無需外部大電容補償?shù)那闆r下，為線性放大器提供低噪聲的正電源。同時，本論文還設(shè)計了低噪聲、低靜態(tài)功耗以及寬擺幅的AB類線性放大器，其輸入級采用斬波技術(shù)以降低失調(diào)電壓和1/f噪聲，其輸出級采用偏置電流控制技術(shù)以降低待機功耗，采用軌對軌的輸入輸出\結(jié)構(gòu)以增大輸入輸出信號的擺幅。通過1.2μm BCD工藝平臺流片驗證，測試表明該線性驅(qū)動器具有88dB電源抑制比，將輸出信號的噪聲和失調(diào)電壓分別降低至7μV和1m

7、V。
　　4.在小功率型音頻子系統(tǒng)的EMI噪聲抑制中設(shè)計了一款隨機擴頻調(diào)制的低EMI D類放大器。設(shè)計了基于數(shù)?；旌峡刂频碾S機時鐘電路為D類放大器提供隨機采樣信號，將集中于固定頻率點處的能量擴展并隨機分布到附近頻率點，從而降低開關(guān)信號的EMI。通過0.6μm Bi-CMOS工藝平臺流片驗證，隨機時鐘電路面積為0.05mm2，占整個芯片面積的2.2%。隨機擴頻調(diào)制的低EMI D類放大器的開關(guān)信號在中心頻率處的能量峰值比無擴頻模式的