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      最大限度地減少音頻系統(tǒng)中模擬開關(guān)的總諧波失真

      發(fā)布時間:2023-01-19 責(zé)任編輯:lina

      【導(dǎo)讀】模擬開關(guān)通常用于音頻系統(tǒng)中,以切換低電平輸入或調(diào)整音頻濾波器特性。選擇合適的模擬開關(guān)有助于在設(shè)計人員的成本預(yù)算范圍內(nèi)優(yōu)化系統(tǒng)的總諧波失真(THD)。


      模擬開關(guān)通常用于音頻系統(tǒng)中,以切換低電平輸入或調(diào)整音頻濾波器特性。選擇合適的模擬開關(guān)有助于在設(shè)計人員的成本預(yù)算范圍內(nèi)優(yōu)化系統(tǒng)的總諧波失真(THD)。

      THD規(guī)格在確定通過音頻系統(tǒng)或由音頻系統(tǒng)生成的音頻信號的質(zhì)量或保真度方面起著至關(guān)重要的作用。因此,在設(shè)計音頻系統(tǒng)時,必須重視選擇合適的元件和電路板布局,以最大限度地降低THD。

      當信號通過開關(guān)時,開關(guān)不得降低信號完整性或在所需的輸出信號上引入任何新信息。波形的任何變化都被認為是失真,顯然是不希望的,也是無法避免的,因此必須最小化。


      最大限度地減少音頻系統(tǒng)中模擬開關(guān)的總諧波失真


      THD 定義為所有次次、三次和更高諧波的平方和與基波諧波幅度之比的平方根。

      選擇具有最小THD的模擬開關(guān)需要具有低導(dǎo)通電阻(RON),因此導(dǎo)通電阻平坦度低(RFLAT(ON)).一些模擬開關(guān)數(shù)據(jù)手冊忽略了平坦度的規(guī)定,但可以假設(shè)它大約是導(dǎo)通電阻的10%。平坦度定義為在指定模擬信號范圍內(nèi)測量的導(dǎo)通電阻最大值和最小值之間的差值。


      最大限度地減少音頻系統(tǒng)中模擬開關(guān)的總諧波失真
      圖2.R平坦(開).


      導(dǎo)通電阻曲線由長度L、寬度W、電子和空穴遷移率(μn和μp),氧化物電容C牛、閾值電壓 VT和信號電壓 V一般事務(wù)人員(五在)的兩個MOSFET。


      最大限度地減少音頻系統(tǒng)中模擬開關(guān)的總諧波失真


      如上圖所示,PMOS和NMOS的導(dǎo)通電阻是平行的,導(dǎo)致電阻R,這是一個非線性函數(shù)。失真源來自并聯(lián)PMOS和NMOS與恒定負載串聯(lián),導(dǎo)致通過開關(guān)的信號非線性衰減。使用多個開關(guān)時,THD 將相加。以下原理圖顯示了開關(guān)和負載的電阻分壓器關(guān)系。


      最大限度地減少音頻系統(tǒng)中模擬開關(guān)的總諧波失真
      圖3.


      實際上,最大THD由以下公式確定:


      最大限度地減少音頻系統(tǒng)中模擬開關(guān)的總諧波失真


      如圖2所示,并行R上,因此RFLAT(ON),可能因模擬輸入信號而異,最大THD將出現(xiàn)在并聯(lián)R的最大值和最小值之間的最大差值處上.因此,工作在低于最大值的點左右的模擬輸入信號將經(jīng)歷較低的THD。

      下面顯示了三種不同的開關(guān)及其導(dǎo)通電阻和相應(yīng)的測量THD。使用10 kohms的標準測試載荷來獲得該地塊。


      最大限度地減少音頻系統(tǒng)中模擬開關(guān)的總諧波失真
      圖4.THD 與頻率的關(guān)系。


      在音頻系統(tǒng)中,會遇到 1200、600、36、32、16、8、4 和 3 kohm 的阻抗負載,尤其是在阻抗非常低的情況下,導(dǎo)通電阻平坦度(RFLAT(ON)),以盡量減少 THD。如果THD是最高優(yōu)先級,則公式4將為選擇模擬開關(guān)提供一個起點。


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