利用SigmaDSP减小车载音响系统的噪音和功耗
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图1.车载音响*的噪声源示例电源开关期间的爆音:车载音频功率放大器一般采用V单电源供电,而DSP则需要使用低压电源(例如3.3V),滤波器/缓冲器可能采用双电源供电(例如&plu*n;9V)。在以不同的电源电压工作的各部分电路之间,必须使用耦合电容来提供信号隔离。在电源开/关期间,电容以极快的速度充电/放电,产生的电压跳变沿着信号链传播,最终导致扬声器发出爆音。图2显示了这一过程。图2.扬声器产生爆音的原理虽然知道噪底和爆音的来源,而且也努力采用良好的电路设计和布局布线技术,以及选择噪声更低的优良器件来降低信号源处的噪声,但在设计过程中仍然可能出现许多不确定性。汽车多媒体*的设计人员必须处理许多复杂问题,因此必须具备高水平的模拟/混合信号设计技能。即便如此,原型产品的性能仍有可能与原来的预期不符。例如,1mVrms的噪声水平会带来巨大挑战。至于爆音,现有解决方案使用MCU来控制电源开关期间功率放大器的*作顺序,但当MCU距离功率放大器较远时,布局布线和电磁干扰(EMI)会构成潜在问题。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mA,则采用V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。将车载音响*的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,可以减小*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*的框图,其中ADAUSigmaDSP处理器用作音频后处理器。除了采样、转换、音频信号数字处理和生成额外的扬声器通道以外,SigmaDSP处理器还具有通用输入/输出(GPIO)引脚可用于外部控制。微*(MCU)通过I2C接口与SigmaDSP处理器进行通信,模拟输出驱动一个采用精密运算放大器ADA-2的低通滤波器/缓冲器级。图3.四扬声器车载音响*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/待机引脚。在正常默认工作模式下,开集GPIO1引脚通过kΩ上拉电阻设置为高电平(图中未标注)。ADAU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,同时功放的待机功耗也很低。当检测到高于预定阈值(例如–dB)的输入信号时,GPIO1变为高电平,功率放大器正常工作。这时虽然噪底仍然存在,但由于信号的高信噪比(SNR)将其*,使它不易被人耳感知到。电源开关期间,SigmaDSP处理器(而不是MCU)通过响应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的控制信号通过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,从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。