消除手机的耳机爆破音和TDMA噪声的问题

　　随着音乐手机概念的风行，手机不再是一个简单的通话工具，人们越来越关心手机的音乐播放音效，这给手机音频设计也带来了越来越多的压力。本文概述手机模拟音频设计中经常会遇到的耳机爆破音、TDMA噪声产生的机理，并介绍通过选择合适的耳机驱动器来解决这些问题。

　　关于耳机爆破音

　　在手机中，无论基带芯片或应用处理器中集成的耳机驱动器，或者分立的耳机驱动器都是单电源供电的，其用来驱动耳机的单端信号输出电平通常介于电源电压和GND之间，正常播放音乐时输出的交流信号会带有Vcc/2的偏置电压。由于动圈耳机的直流阻抗只有16或32欧姆，为了降低耳机驱动器直接驱动动圈耳机的功耗，并减小直流偏置对耳机的损害，输出信号有直流偏置的耳机驱动器会要求在功放和耳机之间串联一个隔直电容。该隔直电容会和耳机阻抗形成一个高通滤波器，理想条件下该高通滤波器的3dB低频截止频率为1/2πRC（R为耳机的阻抗，C为隔直电容的容值）。为了改善耳机低频音效，我们希望此高通滤波器的低频截止频率越低越好，但由于耳机的阻抗是固定的，为获得更好低频响应唯一可以改变的就是电容容值，所以一般用于耳机输出的隔直电容容值都很大，图1所示为选择不同容值的隔直电容时形成的高通滤波器频响曲线。

　　图1 采用不同容值的隔直电容时形成的高通滤波器频响

　　由于电容的存在，当耳机驱动器第一次上电或从关断模式唤醒时，带有直流偏置的输出信号加载到隔直电容上的瞬间，电容上的电压建立过程会产生一个瞬时的充电电流，同样耳机驱动器断电时也会产生一个瞬时的放电电流。这是因为电容存储的电量为：

　　Q=C×V

　　两边对时间t求导：

　　而即电容充放电产生的电流。图2揭示了当耳机驱动器上电和断电时，隔直电容充放电电流在耳机负载上产生的电压瞬变，由于该电压瞬变的频谱很宽，落在人耳可以的听到频率范围内就形成了爆破音。

　　图2 耳机驱动器上电和断电时耳机上测到的电压波形和频谱

　　由于在依赖电池供电的手机等便携式设备中，为了降低功耗，延长电池使用时间，经常需要在不需使用耳机驱动器时将其关断，因而爆破音将会是硬件工程师必须要面对的问题。聪明的硬件工程师们发明了许多种胶合逻辑电路来消除由于电容瞬时充放电引起的爆破音，Maxim公司还生产了一颗专门用来消除耳机爆破音的胶合逻辑芯片MAX9890。考虑到隔直电容是产生耳机爆破音的元凶，因此从电路中去除隔直电容才是消除爆破音最根本的解决方案。