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发表于 2003-10-29
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便携式多媒体系统如何实现高质量音频
在当前功能集中的便携式多媒体设备中，有越来越多的功能正被集成到越来越小的系统中。音频是市场上任何具有多媒体功能的系统中最基本的功能，但系统设计师通常更关注‘吸引人眼球’的特性，如无线连接、视频处理、图像捕获和显示等。其结果是，在众多的重要元器件之间，哪里有一点空间，就把音频电路挤身到哪里，从而导致音频质量非常一般乃至低劣。然而，只要稍加注意，良好的音频质量就能与用户要求的众多其它性能一起被无缝集成到系统中。本文提供了一些与包含有音频回放和/或记录功能的任何便携式系统设计相关的优秀系统设计和PCB版图设计的各种建议。
在便携式音频系统中存在许多引起劣质音频的源，不过本文主要关注模拟音频信号上影响音质的噪声源。不管是平坦(“白”)还是音调的非谐波噪声都会使最终用户感到讨厌。白色噪声被感知为“背景杂音”，在静音时用户能很明显地听见，而音调噪声根据频率成分不同可被感知为‘嗡嗡声’，‘哼声’或‘呜呜声’。音频信号中不必要的噪声污染可以通过良好的系统设计和PCB版图设计加以避免。
大多数便携式音频系统采用数模转换器(DAC)或编解码(codec)芯片将数字音频转换成通过耳机或扬声器能听到的模拟信号。因此围绕音频编解码器或DAC的版图设计非常重要。
编解码器或DAC都是在同一芯片中同时包含有模拟和数字电路。这样，就有多个电源引脚用于提供模拟和数字电源，一般标记为AVDD和DVDD。这些电源管脚分开来的原因是由于数字电路的高速开关电流会产生非常大的噪声，而模拟电路对电源噪声又非常敏感。音频系统设计和版图的要点是，必须为模拟电源引脚提供纹波和瞬变都很小的‘干净’电源。在模拟电源引脚上呈现的任何噪声都会以不同的方式损害音频输入或输出信号的质量。
在便携式音频系统中，主电源通常是电池。由于系统其它部分(包括无线收发器、存储器和显示器等)造成的瞬态变化，使得电池的噪声非常大。因此在给音频编解码器或DAC以及其它音频信号路径上的器件(如放大器等)提供模拟电源时，最好不要直接使用电池电压，而是使用具有良好电源抑制比(PSRR)和低输出噪声的低压降稳压器(LDO)。这样可确保模拟电路有‘洁净’的工作电源。需要仔细选择LDO，确保其额定电流能足以满足所供电电路的需求。在模拟电源端去耦电容的使用方法也很重要。大的去耦电容(10μF 以上)非常适合电源滤波。数值较小的去耦电容(1μF以下)在提供IC所需的快速瞬变电流时也是必需的。去耦电容必须尽可能靠近模拟电源引脚放置，并在电容和电源与地的连接中尽可能避免出现PCB过孔。相对于比较大的电容来说，较小的去耦电容要更靠近IC引脚摆放，因为串联电阻对较小电容的响应时间影响较为显著。
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