基于ＬＭ４８８８的立體聲音頻子系統設計

引言

當今手機可謂是具備諸多娛樂功能的便攜式電話。MP3播放器、游戲、照相機，甚至錄影機、移動電視都可以裝配在手機或者便攜式裝置中。立體聲揚聲器為其中一大特色，它使該裝置因此而達到高品質的回放效果。立體聲揚聲器的優勢在于，在相同的音頻輸入量，它可以提供額外的6dB的輸出量。而噪音輸出程度卻未按照6dB增加，這也能夠給收聽者帶來更好的信號與噪音比例的表現。

鑒于便攜式裝置或者手機體積有限，兩個揚聲器會很緊貼，因此對揚聲器的安裝也有相應的要求。立體聲揚聲器如果互相貼靠得太近，通道分離能力便會減弱，以致兩個揚聲器不能產生一個立體聲的音象。利用美國國家半導體(國半)3D音頻子系統便可以增加左右通道的分離效果，從而擴大立體聲輸出的音像，這樣能把那受影響的非立體聲影像重現成立體聲音像的效果。

應用線路圖

LM4888簡介

LM4888是一個包含雙立體聲音頻揚聲器，并包含耳機和3D增強功能，也就是說，這個裝置具有立體聲揚聲器驅動能力及立體聲耳機驅動能力。當電源電壓Vcc=5V時，立體聲揚聲器最大輸出量可以達到1.3W。每個通道在8Ω負載下、而負載降至30時，則可以支持每個通道能達2.1W，耳機能夠在32Q負載下輸送至每個通道高達80mW。這個子系統利用兩個獨立的控制管腳來控制停機和3D開關，操控方便，設計簡單，并提供耳機檢測功能。

因為每個耳機檢測電路端口設計會采用不同的要求，因此LM4888有兩個獨立的耳機控制輸入管腳。耳機的允許輸入激活單端輸出耳機方式，關閉BTL輸出。耳機傳感檢測輸入只需要用一個常規立體聲耳機插孔配合一起使用。剩余的HP邏輯輸入，能允許使用一個標準邏輯電平來控制。

在LM4888的耳機檢測控制管腳中栓入一邏輯電平把放大器A(+out)和放大器B(+out)關閉到靜音，也就是把橋式負載關閉到靜音。當應用單端輸出時，可把靜態電流減低。

圖2顯示了LM4888耳機控制功能如何得以實施。當沒有耳機插入到耳機插座時，R11－R13電壓分壓電路檢測到一個大概50mV的電壓在耳機檢測管腳(管腳20)。這50mV的電壓使放大器A(+out)和B(＋out)LM4888的橋式驅動打開。當LM4888以橋式方式運作時，在負載的潛在直流應是0V。因此，即使在理想的條件下，輸出也不會造成錯誤。當耳機插入到耳機插座時，耳機插座內部會把－OUTA連接切斷，并允許R13牽引耳機檢測電壓上拉到VDD。這立即啟動耳機功能，關閉放大器A和B，使橋式揚聲器輸出關閉。放大器于是只驅動耳機，耳機的阻抗與外部電阻R10和R11相差相當遠，所以這些電阻對LM4888輸出驅動影響能力是可以忽略的，因為典型的耳機阻抗是32。圖2也顯示所推薦的耳機插座電源連接方法。該插座配有三線插頭。插頭的尖端和套圈應當各負載兩個輸出信號其中之一，而套筒應當輸送地面流轉。每個耳機插座帶有一個控制接觸管腳，連至耳機時足夠驅動耳機檢測管腳。還有第二個輸入電路能夠控制BTL或SE方式的選擇。此輸入控制管腳稱為耳機邏輯輸入(HP邏輯)。當HP邏輯輸入是邏輯電平“高”時，LM4888將以單端輸出方式運作。當HP邏輯輸入是邏輯電平“低”時(而HP檢測管腳也是邏輯電平“低”)時，LM4888將在BTL方式下進行操作。在橋式方式輸出運作中(HP邏輯輸入是邏輯高電平“低”并且HP檢測輸入是邏輯高電平“低”)，耳機已直接連到單端輸出那點(在HP插座上不采用HP檢測管腳)，此時，揚聲器(BTL)和耳機(sE)將會同時運作。例如：當8與32并聯時反向的運算放大器輸出同時能驅動揚聲器和HP的負載，這也不會影響LM4888的運作。有一些音頻放大器不能承受低負載，但對LM4888而言，當揚聲器降到3也不會構成問題。

如上所述，采用LM4888來驅動揚聲器(BTL)和耳機(sE)負載是簡便易行的。然而，只有HP邏輯管腳用于控制BTL／SE操作并]tHP檢測管腳與GND連接時，此配置才發揮作用。

國半3D增強功能工作原理

采用交叉投入技術，在其它通道上加上本通道的一個特定比例的反相180度信號。

左擴音器輸出出現的音頻信號是：

左輸出=(左輸入一右輸入x比率)

右擴音器輸出出現的音頻信號是：

右輸出=(右輸入一左輸入x比率)

R3D和C3D兩個外部元件組成了國半3D增強的交叉投入網絡。此網絡也會產生濾波函數效果，并能控制截止頻率，而3D效應在一特定的截止頻率上開始生效。

f_3D(-3db)=1／2(R3D)(C3D)

R3D也是設置我們所需的3D效應數量的一個要素。降低R3D的值會增加3D效應的數量。R3D以一個倍增因數而增加輸出信號：

(1+20k／R3D)

3D關閉

3D的邏輯電平是基于0．7Vdd而進行設計的。當3D控制管腳等于邏輯電平“0”時，采用R2與R8作為增益反饋電路。那樣另一個頻道將不會發生任何信號，因為3D增強未打開。

頻道A增益=2(R2／R1)

頻道B增益=2(R8／R9)

3D啟動

當3D控制管腳等于邏輯電平“l”時，設計師可以采用R3、R4、R7和R8作為增益反饋電路。在此文件的前面我們已提到3D效應是采用交叉投入技術。充當一個高通濾波器(HPF)的R5、C7、C3D是國半3D增強交叉投入網絡的程序塊。由于3D效應只在高頻率時發生，所以輸入頻率需要高于RC網絡一3dB點才能打開3D效應，當輸入頻率不足以啟動RC網絡時，反饋通道應像一個典型通道。

輸入頻率<<－3dB點時，頻道A增益=(R3+R4)／R1

頻道B增益=(R7+R8)／R9

當輸入頻率高于－3dB點時，3D網絡將被啟動。在此瞬間交叉投入效應便進行操作。如果輸入異相為180度，那么效應將出現。R3D是設置3D效應數量的要素。降低R3D的值將引起3D效應的增加，您還應該注意另外一點：由于R3D(R5)C3D(c7)是一個HPF(高通濾波器)，當改變R3D(R5)的值時，－3dB點也將同時改變。

以下為一個實例，當R1=R3=R4=R7=R8=R9=1OK、R3D=R5=20KC3D=C7=2200pF、輸入電壓=250mV時，

－3dB點=1／2piR3DC3D

=1／2pi 20K2200pF

=3617Hz

－3dB點以下的頻道A增益=2((R3+R4)／R1)=2(2)=4

當輸入=250mV，輸出電壓=250mVx4=1V時

在兩個輸入相差為180度時，交叉投入網絡會增加一個附加的增益。(1+20K／R5)的倍增因數將引起增益的增加。所以高頻率(－3dB點之后)中的增益為

A頻道的總電壓增益

=原有增益+其它頻道的附加增益

=2((R3+R4)／R1)+(1+(20K／R3D)

=2((10K+10K)／10K)+(1+(20K／20K)

=6

總電壓=6 x 250mV

=1.5V

每當3D效應啟動時，把R5設置為20k將導致增益以(1+20k／20k)=2 or6dB的倍增因數而增加。

以下為實驗室的一個測量結果。你會發現當輸入頻率低于3.6KHz時，輸出電壓為1V，但一旦頻率高于3．6KHz時，輸出會增至1．5V。

當試圖把R3D從20K降低至10K時，并且當一3dB點保持不變時：

以下為一個實例，當R1=R3=R4=R7=R8=R9=lOK、R3D=R5=IOKC3D=C7=4700pF、輸入電壓=250mV時，

－3dB點=1／2piR3DC3D

=1／2 pi 10K4700pF

=3386Hz

－3dB點以下的頻道A增益=2((R3+R4)／R1)＝2(2)＝4：

當輸入=2 5 0mV、輸出電壓=250mVx4=1V時

在兩個輸入異相為180度時，交叉投入網絡會增加一個附加的增益。

(1+20K／R5)的倍增：

當輸入頻率高于-3dB點時，以上的公式才會生效。所有高頻率中(-3dB點之后)的增益為

A頻道的總電壓增益=原有增益+其它頻道的附加增益

=2((R3+R4)／R1)一(1+(20K／R3D)

＝2((10K+10K)／lOK)+(1+(20K／10K)

=7

總電壓=7 x 250mV．

=1.75V

觀察到的3D數量也取決于其它許多因素，如揚聲器的放置及與收聽者的距離。因此，建議用戶嘗試R5(R3D)和C7(c3D)的各種數值，以感覺3D效應如何在應用程序中工作。對于效果來說沒有什么“對與錯”，而只是使每位用戶達到最滿意的程度。請注意當激活3D模式時，(R3和R4)，(R7和R6)的設置僅用于增益控制。當抑制3D模式時，增益由R2和R8設置。

揚聲器效率和頻率響應

輸送至8揚聲器的0．5W輸出功率的有效響應，是影響揚聲器效率的因數。揚聲器效率的分級：0．5W的功率適用于揚聲器，以揚聲器之前10cm處的聲壓級(SPL)進行分級。典型的10mm揚聲器在85dB和95dB SPL之間。響應也受揚聲器助聲箱設計的影響。