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處理器/DSP  

利用SigmaDSP減少車載音響系統雜訊和功耗

上網時間: 2011年06月03日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:車載音響  SigmaDSP  ADAU1401  SigmaStudio  控制介面 

作者:王一兵

現場應用工程師

ADI公司

如今,隨著多媒體技術逐漸被車載電子設備所採用,數位訊號處理器(DSP)也獲得了越來越廣泛的應用,用以對音訊訊號進行數位化處理。例如,車載多媒體系統取代傳統的汽車收音機和CD系統,在車載多媒體系統中採用DSP,諸如ADI的ADAU1401 SigmaDSP,可以實現更出色的音效和高度靈活性,為乘客提供豐富多彩的多媒體體驗。此外這些DSP還提供了一個有用的工具,可實現減少系統雜訊和功耗的功能,這對於關注雜訊和功耗問題的系統工程師來說大有裨益。下文將介紹這種新方法,即利用SigmaDSP處理器和SigmaStudio圖形開發工具減少車載音響系統的雜訊和功耗。

ADAU1401是一款完整的單晶片音訊系統,包括完全可程式的28/56位音訊DSP、類比數位轉換器(ADC)、數位類比轉換器(DAC)及類似微控制器的控制介面。訊號處理包括均衡、低音增強、多頻段動態處理、延遲補償、揚聲器補償和立體聲聲場加寬。這種處理技術可與高階演播室設備的效果相媲美,能夠彌補由於揚聲器、功率放大器和聽音環境的實際限制所引起的失真,因而明顯改善音質。

借助方便易用的SigmaStudio開發工具,用戶可以使用不同的功能模組以圖形化的方式配置訊號處理流程,例如雙二階濾波器、動態處理器、電平控制和GPIO介面控制等模組。

與可攜式設備不同,車載音響系統配有高功率放大器,每個功率放大器能夠提供高達40W-50W功率,每輛汽車至少有四個揚聲器。由於功率較大,雜訊層很容易被放大,使得人耳在安靜的環境下就能感受到。例如,假設揚聲器靈敏度約為90dB/W,則4Ω揚聲器中的1mV rms雜訊可以產生大約24dB的聲壓級(SPL),這一水平雜訊人耳在安靜環境下就能夠感受到。可能的雜訊源非常多,如圖1所示,主要雜訊源包括電源雜訊(VG)、濾波器/緩衝器雜訊(VF)以及電源接地佈局不當引起的雜訊VE。而其中的VO是來自處理器的音訊訊號,VIN是揚聲器功率放大器的音訊輸入訊號。


圖1:車載音響系統的雜訊源示例。

電源開關期間的爆音

車載音訊功率放大器一般採用12V單電源供電,而DSP則需要使用低壓電源(例如3.3V),濾波器/緩衝器可能採用雙電源供電(例如±9V)。在以不同的電源電壓工作的各部份電路之間,必須使用耦合電容器來提供訊號隔離。在電源開/關期間,電容器以極快的速度充電/放電,產生的電壓跳變沿著訊號鏈傳播,最終導致揚聲器發出爆音。圖2顯示了這一過程。


圖2:揚聲器產生爆音的原理。

雖然知道雜訊層和爆音的來源,而且也努力採用良好的電路設計和佈局佈線技術,以及選擇雜訊更低的優良元件來降低訊號源處的雜訊,但在設計過程中仍然可能出現許多不確定性。汽車多媒體系統的設計人員需要處理許多複雜問題,因此必須具備高水準的類比/混合訊號設計技能。即便如此,原型產品的性能仍有可能與預期不符。例如,1mV rms的雜訊水準會帶來巨大挑戰。至於爆音,現有解決方案使用MCU在電源開關期間控制功率放大器的時序,但當該處理單元距離功率放大器較遠時,佈局佈線和電磁干擾(EMI)會構成潛在問題。


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