音频电路上电爆音的成因及解决办法

在音频应用中，来自DAC的输出音频信号幅度通常较小，因此通常会使用运算放大器来放大信号。然而，当系统中存在单电源时，由DC偏置引起的爆破噪声问题对音频电子工程师来说是一个重大挑战。本文将探讨如何使用3PEAK的TP1562A解决爆破噪声的问题。

当系统上电时，爆破噪声通常是由于输入耦合电容未在打开音频通道前完全放电所致，导致电容放电直接被运算放大器放大并产生爆破噪声。

解决方案

通过主控单元的GPIO控制MOS FET可以有效控制上电时的爆破噪声。那么，GPIO何时释放MOS FET呢？让我们看一下电容的放电时间：

公式：T = RC × (InVu - InVt)

在图1所示的电路中，因为运算放大器输入阻抗很高，电容的放电时间常数为：C2×(R5+R4)=2.2u×105K。如果主控CODEC的供电为3.3V，则Vu=1.6V。由于当放电电压Vt接近零时，(-lnVt)变为无穷大，因此我们可以假设当Vt=500μV时，运算放大器输出没有爆破噪声。代入参数值到上述方程：

T=(2.2u×105K)×(In1.6V-In500uV)=1864mS

也就是说，在CODEC上电后，主控GPIO设置高电平控制2N7002的时间必须超过1864ms，才能确保运算放大器输出没有爆破噪声。

对于某些应用程序，静音1864ms不是问题，但有些系统不能等待太长时间，系统需要在上电后迅速正常工作。在这种情况下，可以通过按比例减少R4和R5来调整系统中电容的放电时间常数RC，以缩短放电时间。

此外，改变时间常数RC可能会影响最重要的音频性能之一：幅频特性。如果已优化时间常数RC且不影响幅频特性，但仍然无法满足系统在上电后快速工作的要求，我们可以考虑改进电路来解决问题。

改进方案

图2显示了改进后的电路，该电路添加了一个用于辅助放电的NPN晶体管。当8050导通时，C2的时间常数变为：

C2×(R5+3.8K)

T=(2.2u×33.8K)×(In1.6V-In500uV)=600mS

添加NPN晶体管改变了C2的放电路径，并减少了放电时间常数。当然，如果没有影响频率响应，也可以通过等比例减少图1中的R4和R5来获得更好的时间常数并加速电容的放电时间。

一些读者可能会质疑，C3之前的2.5-V DC偏置是否也会因放电问题而引起爆破噪声。让我们看一下这个问题。C3之后，串联连接了一个1-K电阻，然后通过一个MOSFET接地。尽管有2.5-V偏置，其放电时间常数非常小，只要在运算放大器上电时通过MOSFET打开控制爆破噪声，就可以完全忽略C3在上电时的充放电过程。