可支持差分和單端信號的便攜式產(chǎn)品音頻接口設(shè)計

　　MP3播放器或手機的輸出是單端信號，可驅(qū)動32Ω的耳機揚聲器。典型外置揚聲器系統(tǒng)的揚聲器阻抗是4至8Ω，每個聲道可能會有多個揚聲器。不過32Ω的驅(qū)動器難以驅(qū)動這些低阻抗揚聲器，無法為終端用戶提供足夠的音量。

　　外部揚聲器系統(tǒng)因品質(zhì)、音量及揚聲器數(shù)目的不同而有所區(qū)別，因此通用放大器不適于驅(qū)動這些揚聲器。例如，MP3播放器的揚聲器系統(tǒng)具有耳機插孔輸入端，并能支持單端輸出的立體聲信號。而某些新型高端揚聲器系統(tǒng)則可支持差分信號，為了后向兼容，這些新系統(tǒng)也必須能支持單端信號。

　　由于差分信號是單端信號的兩倍，因而單端信號和差分信號將產(chǎn)生不同的音量。由于人的聽力和聲音大小的關(guān)系符合對數(shù)曲線規(guī)律，因此不能采用線性的控制方式（圖1）。

　　圖1：音量與音頻系統(tǒng)的輸出功率之間不是線性關(guān)系。

　　對于可將輸入信號放大到與輸出相等信號的單端/差分音頻放大器，有幾種方法可以對其進行檢測和實現(xiàn)。系統(tǒng)之間的接口連接器應(yīng)至少有5個引腳才能提供差分信號。需要注意的是，兩個器件之間的共地連接非常重要。表面上看，由于信號是直流隔離的，因而交流耦合電容無需接地，但實際經(jīng)驗證明接地是提供理想噪聲性能所必需的。

　　第一個要解決的問題是檢測輸入是單端還是差分信號。在許多電路中，有兩種電路采用連接器的一個外部引腳來測試輸入信號的直流電平。指定連接器的一個外部引腳很容易，但對于空間狹小的應(yīng)用而言就不可行。源器件或使引腳開路或使其短接至地。

　　檢測差分信號的第二種方法，是利用比較器來檢測信號的直流電平，或是接地或是差分信號。以上兩種方法的輸入信號都必須通過低通濾波器。原始信號必須分離為其直流電平的50%至25%，如果系統(tǒng)在低頻、高峰峰值交流信號的差分模式下，將導(dǎo)致錯誤的檢測結(jié)果。若原始信號的直流電平是地電平的話，這種技術(shù)也不能使用。圖2所示此類電路的實例。

　　電路的第二個部分是音頻放大器。該電路的解決方案和所需的聲音質(zhì)量有關(guān)。真正的差分輸入比進入一個放大器的差分信號能提供更高的聲音質(zhì)量，實際的差分放大器需要一個附加電路將單端信號轉(zhuǎn)換為差分輸入信號。

　　音頻放大器最容易的實現(xiàn)方法是將信號輸入到一個放大器中（圖3）。在單端模式下，該差分輸入不產(chǎn)生信號，允許正相輸入設(shè)置為0.5Vcc，這是標(biāo)準的單端輸入配置。模擬開關(guān)保持在斷開狀態(tài)，以使放大器輸出2倍的增益。在差分模式下，模擬開關(guān)閉合，增益變?yōu)?。因此對于不同的輸入模式，這兩種輸入信號都會產(chǎn)生相同的輸出信號幅度。

　　圖3：音頻放大器的直接實現(xiàn)方法。

　　第二種實現(xiàn)方法是采用真正的差分放大器來驅(qū)動揚聲器。這種放大器可提供較好的噪聲抑止。與前面的例子不同，此時輸入音頻放大器的信號必須是差分信號。差分信號可利用運算放大器或變壓器來實現(xiàn)。運算放大器的實現(xiàn)方法在尺寸方面較為便利，但對平衡輸入信號則存在困難（圖4）。該運算放大器的增益為-1，以將單端輸入信號變成反向信號。模擬開關(guān)在輸入之間轉(zhuǎn)換以實現(xiàn)音頻放大器的輸入。這種差分信號可以直接送入音頻放大器中。圖4是電路圖。