信号链基础知识#69:谨慎增加音频处理系统的THD:如何操作,为什么?

2013-02-08 11:21:22来源: 互联网

对于为获得更高音频(http://www.ti.com.cn/lsds/ti_zh/analog/audio/audio_overview.page)系统保真度而努力的您,我们给您介绍一种新的概念。许多系统,特别是应用到家庭影院/迷你小型乐队市场的一些系统,都谨慎地给输出信号增加失真。尽管这样做看似不符合我们的常识,但设计人员考虑这么做是有原因的。这种技术的主要目的是最大化平均功率输出,同时限制峰值的出现。
 
一些客户在一些列产品中都使用相同的功率放大器 IC。这让他们可以更大批量地采购一种器件,从而降低成本,简化库存。他们可能会使用一种小功率电源来节省成本。客户会使用一个小功率电源的闭环、固定增益放大器。它限制了输出电压摆动(通过限制输出),这样可以保护小功率电源免受过电流状态的损坏。但是,一个简单的衰减器便可让系统更加安静。让输出稍微失真,可极大增加感知RMS功率。在确定增加失真程度时需小心谨慎,不得增加过多!
 
对于其他客户而言,限制其信号的电压输出可帮助限制扬声器漂移。但是,在这种情况下应小心操作,因为进入扬声器的高 RMS 功率可能会引起可靠性问题。
 
在数字处理系统中,可通过使数字采样饱和给信号引入 THD。也就是说,使用足够增益,推移最高有效位,让其超出数字采样大小。例如,您有一个 24 位字,您的采样为 0x900000。使用 12 Db 增益,最高音频位便超出采样的最高有效位(MSB)。
 
之后,下调该数据至您需要的音频输出电平。所以,其可以概括为:

 

图 1 放大信号为削波增加 THD,然后降低输出产生特定峰值到峰值电压的更平均功率
 
这听起来简单,但许多音频处理器实际并非最高有效位=全量程音频。例如,一些TI的音频处理器使用一种被称为 9.23 的数据格式。这种采样数据可用下列方法表示 16 位或者 24 位数据:


 

图 2 把标准16位或者24位音频采样映射至 32 位或者 48 位内存位置中
 
正如您看到的那样,MSB 和 LSB 添加了一些补位。LSB 很容易理解—如果您削减某个 16 位字(使用 CD 播放器),则您仍然有一些无需删减便可复制的位。
 
在顶端,共有 9 个位,用于防止音频数据意外饱和。例如,如果您使用一个24-dB增压的均衡器 (EQ),并且您输入一个“全量程”16 位字,则您可能会非有意地让信号饱和,也即增加失真,而这与我们努力的方向背道而驰。
 
削波时存在振幅损失,因此 THD(后)可能允许少量增益通过 THD 管理器。10%失真削波带来约–1dB输出电平损失。
 
实例操作
在我们的例子中,系统有一条9.23音频通路。我们希望在–12 dB输出下产生10%THD。平均输入为–10 dBFS(–10 dB参考24位全量程音频源)。
 
我们需要放大至全量程及以上(“溢出位”9位)。因此,在一个增压模块中,我们给原始源添加10 dB,以达到全量程,之后再添加27dB来填充9个溢出位。现在,增加3dB增益,以对信号削波。总计,我们需要增加40dB增益。
 
现在,我们有一个填充音频通路MSB的信号,并要求进行削减,这样便可在–12 dB下输出内容。这意味着削减39dB。产生的输出具有10%失真,且输出电平为–12 dB。看!我们现在已经在–12 dB输出下增加了RMS功率(通过增加失真),并同时让电源和扬声器的工作都更加轻松惬意。
 
与图形可编程处理器(例如:PCM3070 等)一起工作时,利用 TI 的 TI’s PurePath工作室图形开发环境,可以快速地对其进行样机制造和试听。
 
PurePath 的更多详情,敬请访问:http://www.ti.com.cn/tool/cn/aicpurepath_studio&DCMP=hpa_contributed_articles&HQS=Other+OT+purepath-ca
 
下次,我们将讨论模拟正交调制器失衡的数字校正,敬请期待。

关键字:信号链  基础知识

编辑:马悦 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0208/article_17965.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
信号链
基础知识

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved