探索LM1894動(dòng)態(tài)降噪系統(tǒng)：音頻播放的降噪利器

在音頻播放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，降噪是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。今天我們要深入探討的是德州儀器（TI）的LM1894動(dòng)態(tài)降噪系統(tǒng)（DNR），它為音頻播放帶來了出色的降噪解決方案。

文件下載：lm1894.pdf

一、LM1894的特性與應(yīng)用

特性亮點(diǎn)

LM1894具有眾多令人矚目的特性。它采用非互補(bǔ)降噪技術(shù)，也就是“單端”模式，外部組件成本低，且無需嚴(yán)格匹配。這使得在設(shè)計(jì)電路時(shí)，我們可以更靈活地選擇組件，降低成本的同時(shí)也減少了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。它與所有預(yù)錄制磁帶和FM廣播兼容，這意味著它具有廣泛的適用性。其CCIR/ARM加權(quán)下能實(shí)現(xiàn)10dB的有效磁帶降噪，能顯著提升音頻的純凈度。此外，它的供電范圍寬，從4.5V到18V，并且具有1Vrms的輸入過載能力，能適應(yīng)不同的電源環(huán)境和輸入信號(hào)強(qiáng)度。

應(yīng)用場(chǎng)景

LM1894的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛。在汽車收音機(jī)/磁帶播放器中，它可以有效降低磁帶和廣播信號(hào)中的噪聲，提升車內(nèi)的音頻體驗(yàn)；在緊湊型便攜式磁帶播放器中，其低功耗和出色的降噪性能能讓用戶隨時(shí)隨地享受高品質(zhì)的音頻；在高品質(zhì)HI - FI磁帶系統(tǒng)中，它能還原音頻的真實(shí)細(xì)節(jié)，帶來更純凈的聲音；在VCR和視頻光盤播放中，它也能減少播放時(shí)的噪聲，提升視頻伴音的質(zhì)量。

二、技術(shù)細(xì)節(jié)剖析

電路描述

LM1894是一款用于音頻播放系統(tǒng)的立體聲降噪電路。其DNR系統(tǒng)是非互補(bǔ)的，不需要編碼源材料就能實(shí)現(xiàn)降噪。它利用心理聲學(xué)掩蔽和自適應(yīng)帶寬方案來實(shí)現(xiàn)降噪效果。由于所需的額外組件較少，還能節(jié)省電路板空間和成本。

典型應(yīng)用與連接

文檔中給出了典型的組件連接圖（Figure 1），展示了如何構(gòu)建立體聲DNR系統(tǒng)。在連接時(shí)需要注意，這些器件的內(nèi)置ESD保護(hù)有限，在存儲(chǔ)或處理時(shí)，應(yīng)將引腳短接在一起或把器件放在導(dǎo)電泡沫中，以防止MOS柵極受到靜電損壞。

絕對(duì)最大額定值

了解器件的絕對(duì)最大額定值對(duì)于正確使用和保護(hù)器件至關(guān)重要。LM1894的供電電壓最大為20V，輸入電壓范圍為Vpk VS/2，工作溫度范圍為0°C到 +70°C，存儲(chǔ)溫度范圍為 - 65°C到 +150°C。不同封裝的焊接溫度也有相應(yīng)的要求，如PDIP封裝焊接（10秒）為260°C，SOIC封裝氣相焊接（60秒）為215°C，紅外焊接（15秒）為220°C。

電氣特性

在電氣特性方面，文檔詳細(xì)列出了各種參數(shù)。例如，在VS = 8V，TA = 25°C，VIN = 300mV at 1kHz的條件下，其工作供電范圍為4.5 - 18V，供電電流典型值為17mA。在主信號(hào)路徑中，電壓增益、直流輸出電壓、通道平衡等參數(shù)都有明確的數(shù)值范圍。在控制信號(hào)路徑中，求和放大器電壓增益、增益放大器輸入阻抗等參數(shù)也為我們?cè)O(shè)計(jì)電路提供了重要依據(jù)。

典型性能特性

通過一系列的圖表（Figure 2 - Figure 10），我們可以直觀地了解LM1894的典型性能特性。例如，供電電流與供電電壓的關(guān)系、電源抑制比與頻率的關(guān)系、通道分離度與頻率的關(guān)系等。這些圖表有助于我們?cè)诓煌膽?yīng)用場(chǎng)景中，根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的工作參數(shù)。

外部組件指南

文檔還給出了外部組件的詳細(xì)指南，包括每個(gè)組件的取值和用途。例如，C1可用于電源或抑制電源振蕩，C2和C13用于阻隔直流，C14可改善電源抑制等。不同組件的合理選擇和使用對(duì)于實(shí)現(xiàn)LM1894的最佳性能至關(guān)重要。

電路操作原理

LM1894有主信號(hào)路徑和帶寬控制路徑兩條信號(hào)路徑。主路徑是一個(gè)音頻低通濾波器，由可變電流的gm塊和配置為積分器的運(yùn)算放大器組成?？刂坡窂降哪康氖巧梢粋€(gè)帶寬控制信號(hào)，該信號(hào)能復(fù)制人耳在有音調(diào)時(shí)對(duì)噪聲的敏感度。通過左右聲道相加、電阻分壓、增益放大和峰值檢測(cè)等操作，最終將電壓轉(zhuǎn)換為成比例的電流輸入到gm塊中，實(shí)現(xiàn)帶寬的控制。

心理聲學(xué)基礎(chǔ)

該動(dòng)態(tài)降噪系統(tǒng)基于心理聲學(xué)的三個(gè)原理工作。一是白噪聲可以掩蔽純音，在一定范圍內(nèi)，掩蔽噪聲的帶寬越寬，所需的噪聲幅度越低；二是人耳在小于1ms的時(shí)間內(nèi)無法檢測(cè)到失真，因此足夠能量的信號(hào)能在小于1ms內(nèi)將帶寬打開到最大值的90%，而將帶寬降低到最小值的10%大約需要60ms；三是降低音頻帶寬可以降低噪聲的可聽性，該系統(tǒng)通過低通濾波來減少2kHz到20kHz的噪聲。

三、應(yīng)用提示

位置與靈敏度調(diào)整

在應(yīng)用中，DNR系統(tǒng)應(yīng)始終放在音調(diào)與音量控制之前，以避免這些控制調(diào)整影響DNR控制路徑所看到的本底噪聲。靈敏度電阻R1和R2可能需要根據(jù)不同信號(hào)源（如磁帶、FM、唱機(jī)）的本底噪聲進(jìn)行切換?？梢酝ㄟ^觀察引腳10的電容電壓或使用特定電路（Figure 14）來調(diào)整R1和R2的值。

帶寬調(diào)整

要改變帶寬的最小值和最大值，可以對(duì)積分電容C3和C12進(jìn)行縮放。因?yàn)閹捙c電容成反比，所以改變電容值可以改變帶寬范圍。此外，還可以使用雙刀雙擲開關(guān)完全繞過DNR。

攻擊與衰減時(shí)間調(diào)整

引腳10上的電容與內(nèi)部電阻共同設(shè)置攻擊和衰減時(shí)間?？梢酝ㄟ^改變C10的大小來改變攻擊時(shí)間，通過與C10并聯(lián)電阻來減少衰減時(shí)間，增加C10的值來增加衰減時(shí)間。

降噪測(cè)量

在測(cè)量DNR系統(tǒng)的降噪量時(shí)，磁帶的頻率響應(yīng)應(yīng)在10kHz內(nèi)保持平坦。使用典型的信噪比測(cè)量電路（Figure 15），將DNR系統(tǒng)從最大帶寬切換到標(biāo)稱帶寬，測(cè)量噪聲的減少量，即為信噪比的改善。

四、總結(jié)

LM1894動(dòng)態(tài)降噪系統(tǒng)以其出色的特性、廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景和詳細(xì)的技術(shù)支持，為電子工程師在音頻播放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。通過深入理解其技術(shù)細(xì)節(jié)和應(yīng)用提示，我們可以更好地發(fā)揮其性能，為用戶帶來更優(yōu)質(zhì)的音頻體驗(yàn)。你在使用LM1894或其他降噪系統(tǒng)時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。