将噪声和功耗降至最低 - 降低汽车音响系统噪声与功耗应用电路设计

　　功耗

　　随着车载电子设备越来越多，功耗问题变得日趋严重。例如，如果音频功率放大器的静态电流达到200mA，则采用12V电源时静态功耗就高达2.4W。如果有一种方法能检测到没有输入信号或信号足够小，进而关闭功率放大器，那么在已开机但不需要扬声器发出声音的时候，就可以节省不少功耗。

　　将噪声和功耗降至最低

　　利用SigmaDSP技术，就可以提供这样一种方法，可以减少系统噪声和功耗，同时不增加硬件成本。图3是一个4扬声器车载音响系统架构，其中ADAU1401 SigmaDSP处理器作为音讯后处理器。除了采样、转换、音频信号数字处理和产生额外的扬声器通道以外，SigmaDSP处理器还具有GPIO接脚适用于外部控制。MCU透过I2C接口与SigmaDSP处理器进行通讯，模拟输出驱动一个采用精密运算放大器ADA4075-2的低通滤波器/缓冲器级。

　　

　　图3：四扬声器车载音响系统。

　　SigmaDSP处理器与功率放大器之间的红色信号线控制功率放大器的静音/待机接脚。在正常默认工作模式下，开集GPIO1接脚透过10kΩ上拉电阻设置为高电平（图中未标注）。ADAU1401具有均方根信号检测功能，可确定是否存在输入信号。当没有输入信号时，GPIO1变为低电平，功率放大器置于静音/待机模式，因而扬声器没有噪声输出，同时功率放大器的待机功耗也很低。当检测到高于预定阈值（例如-45dB）的输入信号时，GPIO1变为高电平，功率放大器正常工作。这时虽然噪声层仍然存在，但由于信号的高讯息噪声比（SNR）将其屏蔽，使它不易被人耳感知到。

　　电源开关期间，SigmaDSP处理器（而不是MCU）透过响应MCU的命令直接控制功率放大器的静音/待机。例如，在电源接通期间，来自MCU的控制信号透过I2C接口设置SigmaDSP处理器的GPIO1，使之保持低电平（静音），直到预定的电容器充电过程完成，然后MCU将GPIO1设置为高电平，由此消除启动瞬变所引起的爆音。关闭电源时，GPIO立即变为低电平，使功率放大器处于静音/待机状态，因而消除电源切断时产生的爆音。将功率放大器置于SigmaDSP处理器而不是MCU的直接控制之下的原因是SigmaDSP处理器通常距离功率放大器更近，因此布局布线和EMI控制也更容易实现。

　　如上所述，利用SigmaStudio软件算法可以测量输入信号的均方根电平。使用SigmaStudio图形开发工具，很容易设置均方根检测模块，并用它来控制GPIO状态，如图4的范例所示。

　　均方根检测功能利用均方根算法单元和逻辑单元实现。信号阈值必须具有迟滞功能，用以消除静音功能响应小变化而产生的震颤。例如RMS1阈值设置为-45dB，RMS2阈值设置为-69dB。当输入信号高于-45dB时，GPIO1为高电平。当输入信号低于-69dB时，GPIO1为低电平。当输入信号位于这两个阈值之间时，GPIO1输出信号保持先前所处的状态（参见图5）。

　　

　　图5：RMS阈值设置以及输入与输出之间的关系。

　　噪声和功耗是车载音响系统设计面临的巨大挑战。ADI公司的SigmaDSP处理器已广泛应用于车载音响系统的数字音频后处理，若利用其均方根检测和GPIO控制功能来显著降低噪声和功耗，则能进一步发挥更大作用。SigmaStudio图形化开发工具支持以图形方式设置各种功能，而不需要编写程序代码，令设计工作倍加简单。此外，由于功率放大器模块通常离SigmaDSP处理器比离MCU更近，因此用SigmaDSP处理器来控制静音功能，可以简化布局布线工作并提高EMI抗扰度。