探索LM1894動態降噪系統：音頻播放的降噪利器

在音頻播放系統的設計中，降噪是一個至關重要的環節。今天我們要深入探討的是德州儀器（TI）的LM1894動態降噪系統（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的特性與應用

特性亮點

LM1894具有眾多令人矚目的特性。它采用非互補降噪技術，也就是“單端”模式，外部組件成本低，且無需嚴格匹配。這使得在設計電路時，我們可以更靈活地選擇組件，降低成本的同時也減少了設計的復雜性。它與所有預錄制磁帶和FM廣播兼容，這意味著它具有廣泛的適用性。其CCIR/ARM加權下能實現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，能適應不同的電源環境和輸入信號強度。

應用場景

LM1894的應用場景十分廣泛。在汽車收音機/磁帶播放器中，它可以有效降低磁帶和廣播信號中的噪聲，提升車內的音頻體驗；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隨地享受高品質的音頻；在高品質HI - FI磁帶系統中，它能還原音頻的真實細節，帶來更純凈的聲音；在VCR和視頻光盤播放中，它也能減少播放時的噪聲，提升視頻伴音的質量。

二、技術細節剖析

電路描述

LM1894是一款用于音頻播放系統的立體聲降噪電路。其DNR系統是非互補的，不需要編碼源材料就能實現降噪。它利用心理聲學掩蔽和自適應帶寬方案來實現降噪效果。由于所需的額外組件較少，還能節省電路板空間和成本。

典型應用與連接

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

絕對最大額定值

了解器件的絕對最大額定值對于正確使用和保護器件至關重要。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，存儲溫度范圍為 - 65°C到 +150°C。不同封裝的焊接溫度也有相應的要求，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，文檔詳細列出了各種參數。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。在主信號路徑中，電壓增益、直流輸出電壓、通道平衡等參數都有明確的數值范圍。在控制信號路徑中，求和放大器電壓增益、增益放大器輸入阻抗等參數也為我們設計電路提供了重要依據。

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系、電源抑制比與頻率的關系、通道分離度與頻率的關系等。這些圖表有助于我們在不同的應用場景中，根據實際需求選擇合適的工作參數。

外部組件指南

文檔還給出了外部組件的詳細指南，包括每個組件的取值和用途。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于實現LM1894的最佳性能至關重要。

電路操作原理

LM1894有主信號路徑和帶寬控制路徑兩條信號路徑。主路徑是一個音頻低通濾波器，由可變電流的gm塊和配置為積分器的運算放大器組成。控制路徑的目的是生成一個帶寬控制信號，該信號能復制人耳在有音調時對噪聲的敏感度。通過左右聲道相加、電阻分壓、增益放大和峰值檢測等操作，最終將電壓轉換為成比例的電流輸入到gm塊中，實現帶寬的控制。

心理聲學基礎

該動態降噪系統基于心理聲學的三個原理工作。一是白噪聲可以掩蔽純音，在一定范圍內，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的時間內無法檢測到失真，因此足夠能量的信號能在小于1ms內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，該系統通過低通濾波來減少2kHz到20kHz的噪聲。

三、應用提示

位置與靈敏度調整

在應用中，DNR系統應始終放在音調與音量控制之前，以避免這些控制調整影響DNR控制路徑所看到的本底噪聲。靈敏度電阻R1和R2可能需要根據不同信號源（如磁帶、FM、唱機）的本底噪聲進行切換。可以通過觀察引腳10的電容電壓或使用特定電路（Figure 14）來調整R1和R2的值。

帶寬調整

要改變帶寬的最小值和最大值，可以對積分電容C3和C12進行縮放。因為帶寬與電容成反比，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完全繞過DNR。

攻擊與衰減時間調整

引腳10上的電容與內部電阻共同設置攻擊和衰減時間。可以通過改變C10的大小來改變攻擊時間，通過與C10并聯電阻來減少衰減時間，增加C10的值來增加衰減時間。

降噪測量

在測量DNR系統的降噪量時，磁帶的頻率響應應在10kHz內保持平坦。使用典型的信噪比測量電路（Figure 15），將DNR系統從最大帶寬切換到標稱帶寬，測量噪聲的減少量，即為信噪比的改善。

四、總結

LM1894動態降噪系統以其出色的特性、廣泛的應用場景和詳細的技術支持，為電子工程師在音頻播放系統的設計中提供了一個優秀的選擇。通過深入理解其技術細節和應用提示，我們可以更好地發揮其性能，為用戶帶來更優質的音頻體驗。你在使用LM1894或其他降噪系統時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和想法。