// 為什么音頻線的噪音抑制十分重要？

 

圖1所示為智能手機(jī)音頻線的方框圖。在智能手機(jī)中，用于揚(yáng)聲器的功率放大器內(nèi)使用有D類放大器等數(shù)碼放大器。D類放大器也被稱為開關(guān)放大器，是通過使用開關(guān)器件(MOSFET等)的PWM(脈沖寬度調(diào)頻)技術(shù)，將音頻輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)之后，恢復(fù)至模擬信號(hào)，再將其輸出至揚(yáng)聲器的方式。然而，由于脈沖信號(hào)帶有較多諧波成分，在不采取任何對(duì)策的情況下連接D類放大器與揚(yáng)聲器的配線會(huì)成為天線并輻射出電磁噪音，從而會(huì)對(duì)內(nèi)置天線產(chǎn)生干擾，使接收靈敏度發(fā)生劣化。這也就是所謂的"自體中毒"問題。由于D類放大器體積小，電力效率十分優(yōu)異，因此應(yīng)用于趨于多功能化以及耗電量不斷變大的智能手機(jī)等設(shè)備中，以延長電池的續(xù)航時(shí)間。耳機(jī)線產(chǎn)生的噪音也會(huì)導(dǎo)致發(fā)生該接收靈敏度的劣化問題。

 

此外，以往所采用的音頻線噪音對(duì)策會(huì)使音頻信號(hào)波形發(fā)生失真，從而導(dǎo)致聲音失真等問題?，F(xiàn)在，支持"高解析"的智能手機(jī)以及耳機(jī)等Hi-Fi音頻不斷受到矚目，因此人們要求同時(shí)解決音頻線中的接收靈敏度劣化問題以及聲音失真問題的解決方案。

 

圖1：智能手機(jī)音頻線的方框圖以及"自體中度"問題與聲音失真問題

 

// 通過片式磁珠抑制噪音的問題點(diǎn)

 

為抑制從音頻線中輻射出的噪音，一般會(huì)在D類放大器的輸出段插入片式磁珠。這是通過積層工藝等方式在鐵氧體元件體內(nèi)形成線圈的片式元件。片式磁珠的阻抗以線圈的電抗成分以及交流電阻成分表示。在低頻率范圍中，主要由電抗成分發(fā)揮作用，發(fā)射噪音，而在高頻率范圍中，則主要由交流電阻成分發(fā)揮作用，吸收噪音并轉(zhuǎn)換為熱能。與片式磁珠特性緊密相關(guān)的是鐵氧體。在大電流流過的電源系統(tǒng)中會(huì)使用交流電阻成分較大的片式磁珠。智能手機(jī)的揚(yáng)聲器線中也會(huì)流過較大的電流。然而，交流電阻成分較大的片式磁珠會(huì)導(dǎo)致聲音失真的情況加劇，而使用以往鐵氧體材料的片式磁珠很難在去除噪音的同時(shí)將聲音失真控制在低水平。

 

// 使用獨(dú)特低失真鐵氧體材料實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的噪音濾波器

 

為了解決片式磁珠中這一難以解決的問題，TDK通過使用長期積累的材料設(shè)計(jì)等技術(shù)，全新開發(fā)了能夠在維持去除噪音特性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)低失真的鐵氧體材料。此外，基于全新的產(chǎn)品理念，同時(shí)還開發(fā)出了針對(duì)智能手機(jī)等音頻線進(jìn)行噪音抑制的積層片式元件。這就是音頻線路噪音濾波器MAF系列。

 

圖2所示為噪音濾波器MAF系列與片式磁珠的特性比較。噪音濾波器MAF系列是一款具有獨(dú)特定位的產(chǎn)品，它可以在保持優(yōu)異噪音除去效果的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)低失真特性。

 

圖2：噪音濾波器MAF系列與片式磁珠的特性比較

 

// 提供根據(jù)用途進(jìn)行優(yōu)化的G型、F型產(chǎn)品

 

TDK的音頻線路噪音濾波器MAF系列可提供1608尺寸(L1.6×W0.8mm)的G型、F型產(chǎn)品以及1005尺寸(L1.0×W0.5mm)的G型產(chǎn)品(2016年8月)。G型產(chǎn)品為LTE等主要蜂窩頻段(700MHz~2GHz)，擁有高衰減特性，通過插入揚(yáng)聲器線或耳機(jī)線內(nèi)，可大幅改善接收靈敏度。F型產(chǎn)品用于揚(yáng)聲器線中，通過插入D類放大器輸出段，對(duì)除去諧波噪音擁有優(yōu)異效果。

 

 

// 解決方案①　提高接收靈敏度及THD+N特性

 

以下就音頻線路噪音濾波器MAF系列的優(yōu)異特性以及運(yùn)用示例進(jìn)行具體說明。圖3是將MAF1608F與MAF1608G用于揚(yáng)聲器線，將MAF1608G用于接收器(耳機(jī))線時(shí)的方框圖。

 

圖3 ：將MAF1608G/1608F用于智能手機(jī)音頻線中的示例

 

首先，圖4所示為蜂窩頻段且擁有高衰減特性的MAF1608G的使用效果?！舯硎緹o濾波器的情況，而●表示插入MAF1608G時(shí)的接收靈敏度-頻率特性。這是在900MHz頻帶下的測(cè)量示例，與無濾波器的情況相比，可以發(fā)現(xiàn)其大約改善了8dB。從圖5的插入損失-頻率特性可見，這是因?yàn)槠溥M(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使該頻帶下的插入損失增大(＝阻抗變高)。

 

圖4 ：將MAF1608G插入揚(yáng)聲器線后的效果(改善接收靈敏度)①接收靈敏度－頻率特性

 

圖5 ：將MAF1608G插入揚(yáng)聲器線后的效果(改善接收靈敏度)②插入損失－頻率特性

 

由此可得知，將MAF1608G運(yùn)用于音頻線之中是對(duì)于改善智能手機(jī)等接收靈敏度劣化問題極其有效的解決方案。那么，插入后是否會(huì)產(chǎn)生聲音失真問題呢？

音頻線中的聲音失真程度一般以THD+N(總諧波失真+噪音：Total Harmonic Distortion + Noise)的數(shù)值表示。這表示的是，諧波引起的失真成分以及其他噪音成分(總諧波失真+噪音)在原信號(hào)成分中所占比例(單位為[%])，其中數(shù)值越小的音質(zhì)越高。

 

圖6 ：MAF1608G的THD+N特性

 

圖6所示為片式磁珠(TDK MPZ1608D)與MAF1068G的對(duì)輸出THD+N特性比較圖表(在頻率為1kHz，負(fù)荷為RL=8Ω+33μF的環(huán)境下測(cè)量)。片式磁珠中輸出從200mW左右開始，THD+N值會(huì)大幅增大。另一方面，MAF1608G在1000mW的輸出下，幾乎與無濾波器的情況沒有差別。這意味著，即使將其插入揚(yáng)聲器線也不會(huì)發(fā)生片式磁珠那樣的聲音失真情況。同時(shí)，MAF1608G的額定電流為1.6A，屬于較大值，十分適用于需要大電流的揚(yáng)聲器線。直流電阻(RDC)也是一個(gè)重要的特性。這是因?yàn)橹绷麟娮柙礁?，耗電量則越大，從而會(huì)導(dǎo)致信號(hào)等級(jí)下降。MAF1608G中實(shí)現(xiàn)了0.06Ω(典型值)的低電阻。因此，插入使用時(shí)音量降低程度低，且可幫助電池延長續(xù)航時(shí)間。

 

// 解決方案②　將MAF1608F運(yùn)用于揚(yáng)聲器線中

 

MAF1608F的THD+N特性更為突出。圖7所示為片式磁珠(TDK MPZ1608S以及MPZ1608D)與MAF1608F的對(duì)輸出THD+N特性比較圖表(在頻率為1kHz，負(fù)荷為RL=8Ω+33μF的環(huán)境下測(cè)量)。

 

片式磁珠MPZ1608S中，THD+N值幾乎穩(wěn)定在1[%]的水平，MAF1608F在接近1000mW之前都能保持優(yōu)異特性。MPZ1608S的S表示所使用鐵氧體材料的類型，S材料是擁有與普通鐵氧體相似頻率-阻抗特性的標(biāo)準(zhǔn)類型。

 

從圖表中可以看出，MAF系列中所采用的全新開發(fā)的低失真鐵氧體材料有助于實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的THD+N特性。使用MAF1608F抑制D類放大器輻射噪音的效果如圖8所示。MAF1608F的設(shè)計(jì)使其在100～400MHz的頻帶中擁有較高的阻抗值，因此可在該頻帶中發(fā)揮優(yōu)異的抑制噪音效果。

 

圖7 ：將MAF1608F插入揚(yáng)聲器線后的效果①對(duì)輸出THD+N特性的比較

 

圖8 ：將MAF1608F插入揚(yáng)聲器線后的效果②使用MAF1608F抑制D類放大器輻射噪音的效果

 

// 解決方案③　運(yùn)用于耳機(jī)線

 

圖9所示為MAF1005G在耳機(jī)線中的運(yùn)用示例。圖10所示為，在900MHz頻帶下，與無濾波器的情況之間的接收靈敏度比較結(jié)果(型號(hào)后三位數(shù)字表示阻抗)。與無濾波器的情況相比，接收靈敏度約改善了6dB。

 

圖9：將MAF1005G插入耳機(jī)線中的效果①

 

圖10：將MAF1005G插入耳機(jī)線中的效果②接收靈敏度及頻率特性

 

圖11所示為，與相同1005尺寸(L1.0×W0.5mm)的片式磁珠(TDK MMZ1005A)之間的對(duì)輸出THD+N特性比較結(jié)果。片式磁珠的極限為0.2mW左右，若繼續(xù)提升輸出，則THD+N值會(huì)急劇增大。也就是說，隨著音量的提高，音質(zhì)劣化將不可避免。而MAF1005G即使在數(shù)10mW的大輸出情況下，也能維持與無濾波器相同的特性。

 

圖12所示為對(duì)輸出THD+N特性通過FFT光譜分析的結(jié)果。片式磁珠中會(huì)大幅出現(xiàn)達(dá)到測(cè)量頻率(1kHz)整數(shù)倍的諧波，其THD+N值達(dá)到0.035%。而MAF1005G中，諧波被大幅抑制，THD+N值僅為0.00022%，幾乎接近于零。

 

圖11 ：MAF1005G的THD+N特性①對(duì)輸出THD+N特性的比較

 

圖12 ：MAF1005G的THD+N特性②使用FFT分析儀分析頻率光譜

 

 

在智能手機(jī)、平板電腦等帶有通信功能的移動(dòng)設(shè)備中，對(duì)于插入揚(yáng)聲器、耳機(jī)、麥克風(fēng)等音頻線內(nèi)的噪音抑制元件，對(duì)改善接收靈敏度(抑制導(dǎo)致接收靈敏度降低的噪音)以及將對(duì)音質(zhì)的影響降至最低等方面的要求越來越高。TDK的新產(chǎn)品音頻線路噪音濾波器MAF系列為蜂窩頻段，擁有高衰減特性，插入使用后可大幅改善接收靈敏度。此外，通過采用獨(dú)有的低失真鐵氧體材料，使聲音失真指標(biāo)THD+N（總諧波失真＋噪音）在實(shí)用輸出頻帶中被抑制到接近零的最小限度，成為了適用于Hi-Fi音頻等要求高音質(zhì)設(shè)備的最佳噪音抑制元件。此外，對(duì)于用于智能手機(jī)等的D類揚(yáng)聲器諧波噪音對(duì)策也十分有效。

 

因此，MAF系列擁有片式磁珠所無法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)異特性，而在音頻線中也有片式磁珠適用的部位。通過與片式磁珠組合，各盡其用，不僅是智能手機(jī)、平板電腦，對(duì)于便攜式游戲機(jī)等音頻線也可提供優(yōu)異的解決方案（圖13）。

 

圖13 ：推薦作為Hi-Fi音頻線的噪音抑制元件使用

 

 

 

 

 

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