設(shè)計(jì)目標(biāo)

設(shè)計(jì)說(shuō)明

電源調(diào)節(jié)是音頻應(yīng)用中的一個(gè)關(guān)鍵方面。汽車(chē)音響主機(jī)和高端售后市場(chǎng)汽車(chē)音頻系統(tǒng)中常見(jiàn)的電路將實(shí)現(xiàn)硬件級(jí)靜音，以確保音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 和放大器在建立電源時(shí)能夠保持靜音。這些電源還需要一些調(diào)節(jié)，以降低耦合到音頻 DAC 中的噪聲。該電路顯示了一個(gè)用于為音頻 DAC 生成 +3.3V 電源的低噪聲、低壓降 (LDO) 穩(wěn)壓器。LDO 的另一個(gè)好處是 LDO 可以在更寬的輸入電壓范圍內(nèi)維持電源電壓。電壓監(jiān)控器用于在 LDO 的源開(kāi)始崩潰時(shí)通知 DAC，因此音頻 DAC 可以在其電源被移除之前對(duì)輸出進(jìn)行軟靜音。這將減少關(guān)閉和啟動(dòng)期間不必要的咔嗒聲或砰砰聲。

設(shè)計(jì)說(shuō)明

1. 在該電路中，當(dāng)軟靜音引腳 (XSMT) 保持低電平時(shí)，DAC 會(huì)將輸出靜音，但并非所有 DAC 都采用低電平有效靜音輸入。某些器件為其他器件（如靜音開(kāi)關(guān)和放大器）提供使能信號(hào)，這些器件要求 MUTE 為高電平有效。在這些情況下，可以在輸出端添加一個(gè)簡(jiǎn)單的 N 溝道 MOSFET，從而使信號(hào)反相。
   
2. 在加電事件期間，監(jiān)控器 CT 引腳 (C_CT) 上的電容器允許 SNS 引腳值上升到閾值電壓以上以及 SNS_OUT 變?yōu)楦唠娖胶缶哂蓄~外的延遲。這可用于延遲 LDO 的 MUTE 輸出停用，以建立其電壓（因?yàn)樗仨殞?duì)輸出電容器進(jìn)行充電）。此外，如果在 DAC 退出靜音之前有其他器件需要時(shí)間進(jìn)行初始化，這將非常有用?？梢允褂靡韵鹿接?jì)算額外的傳播延遲。
   
3. 當(dāng)器件的電源部分減小但不足以在器件內(nèi)發(fā)出完全上電復(fù)位 (POR) 時(shí)，會(huì)發(fā)生欠壓事件。因此，建議在這些事件期間確認(rèn)完全復(fù)位。監(jiān)控電路可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，因?yàn)?XSMT 引腳充當(dāng)音頻 DAC 的復(fù)位電路。
4. 大多數(shù)音頻 DAC 采用 VCOM 或 VREF 架構(gòu)。VCOM 架構(gòu)使用電源中的簡(jiǎn)單分壓器來(lái)創(chuàng)建輸出振幅基準(zhǔn)。這是很優(yōu)越的架構(gòu)，因?yàn)樗梢源_保當(dāng)電源不是標(biāo)稱(chēng)值時(shí)不會(huì)有來(lái)自 DAC 的輸出削波，因?yàn)檩敵鰰?huì)隨輸入電壓的變化而相應(yīng)地變化。該架構(gòu)的缺點(diǎn)是電源噪聲的電源抑制比 (PSRR) 有限。雖然音頻 DAC 的 VCOM 引腳上的電容器將提供一些濾波功能，但它仍可能影響輸出。

   在 VREF 配置的架構(gòu)中，音頻 DAC 生成內(nèi)部基準(zhǔn)。這將為系統(tǒng)帶來(lái)更好的 PSRR 性能。該設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是如果電源電壓下降，輸出可能會(huì)削減。

設(shè)計(jì)步驟

1. 選擇根據(jù)電流輸出能力、電壓輸入范圍和輸出噪聲來(lái)選擇 LDO 穩(wěn)壓器。為音頻 DAC 供電的 LDO 必須至少能夠提供所需的 DAC 電流。此外，如果同一總線(xiàn)上有其他器件（如放大器），則必須考慮這些器件的靜態(tài)電流。LDO 輸入電壓范圍必須適應(yīng)主電源，假設(shè)該電路中的主電源是一節(jié) 12V 的電池。
2. 必須計(jì)算反饋 (FB) 電壓以提供正確的輸出電壓。在該電路中，可以通過(guò)以下所示的公式計(jì)算電阻器 R₁ 和 R₂。
   

   鑒于 V_DD 的設(shè)計(jì)目標(biāo)為 +3.3V，并且該 LDO 的 V_REF 約為 0.8V，請(qǐng)使用 35.7kΩ 的 R₁ 和 11.5kΩ 的 R₂。此外，請(qǐng)注意 FB 節(jié)點(diǎn)具有電流要求，建議在選擇 R2 時(shí)使用以下公式作為指導(dǎo)。

   
3. 選擇電壓監(jiān)控器以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的功能。在該電路中，所選的監(jiān)控器具有使能輸入引腳。利用該功能，用戶(hù)（或微控制器）可以使用于覆蓋監(jiān)控器輸出的信號(hào)靜音。此外，一些監(jiān)控器允許監(jiān)控多個(gè)電源軌，這對(duì)輸出放大器很有用。
4. 可以使用以下公式計(jì)算檢測(cè)電壓。
   

   當(dāng) SNS 電壓低于基準(zhǔn)電壓（約 1.15V）時(shí)，SNS-OUT 引腳被拉低。對(duì) R₃ 使用 10kΩ 并對(duì) R₄ 使用 2kΩ，如果 V_BATTERY 電源降至低于約 6.9V，則器件會(huì)靜音。

   LDO 使用電容器 C_NR/SS 來(lái)降低噪聲并啟用 LDO 軟啟動(dòng)功能。

5. 根據(jù)應(yīng)用需求來(lái)選擇 DAC?？紤]所需的 SNR、THD+N 和支持的 I2S 接口采樣率。雖然大多數(shù)音頻 DAC 支持 16kHz 至 192kHz 的采樣率，但并非所有音頻 DAC 都支持 384kHz 或 768kHz 等采樣率。較高的采樣率會(huì)導(dǎo)致噪聲整形，從而使帶外噪聲進(jìn)一步遠(yuǎn)離可聞范圍，但并非所有音頻源都能提供這些采樣率。
6. 用于音頻濾波器的電容器應(yīng)為 COG、NP0 型陶瓷電容器。COG、NP0 型電容器具有較低的電容電壓系數(shù)，這意味著組件的電容值受器件兩端電壓偏置的影響較小。由于電容器是濾波器性能的關(guān)鍵，因此應(yīng)避免在信號(hào)路徑中使用其他類(lèi)型的陶瓷電容器。
7. 用于 LDO 輸入和輸出的電容器應(yīng)具有低等效串聯(lián)電阻 (ESR)，例如 X7R-、X5R- 和 COG- 型電容器。
8. 用于 LDO 和電壓監(jiān)控器的電阻器可以是厚膜，但電阻分壓器的精度會(huì)影響 LDO 輸出電壓和監(jiān)控器閾值。因此，建議 R₁、R₂、R₃ 和 R₄ 的最大容差為 1%。
9. 建議針對(duì) DAC 輸出濾波器中的電阻元件使用薄膜電阻器。

加電靜音瞬態(tài)

以下仿真顯示了電路的加電瞬態(tài)?？梢钥吹剑钡?VBAT 輸入達(dá)到大約 6.9V 時(shí)才釋放 MUTE 輸出。

斷電靜音瞬態(tài)

以下仿真顯示，當(dāng) VBAT 輸入降至 6.9V 以下時(shí)，MUTE 輸出置為低電平。

欠壓靜音瞬態(tài)

以下仿真展示，DAC 在 VDD 電源受到欠壓事件影響之前將處于靜音狀態(tài)。當(dāng) VBAT 電壓降至約 6.9V 以下時(shí)，MUTE 信號(hào)會(huì)置于低電平。VBAT 恢復(fù)后，MUTE 信號(hào)會(huì)取消置位。

設(shè)計(jì)參考資料

德州儀器 (TI)，SBAM414 電路配套仿真文件，軟件