高保真拾音器设计

1、高保真拾音器设计摘要:本文以基于HUSH电路制造的先进的音频降噪芯片SSM2000为核心,设计了一个高保真拾音器系统。通过麦克风拾音电路对混合声音信号进行采集,将采集到的混合声音信号转换成音频信号,经SSM2000的左右音频通道送入芯片,并对音频信号进行降噪处理,当输入的音频信号被处理后,即可提取所需要的信号和噪声的频率分布、幅度信息进行分析。左右声道送入的音频信号经过压控低通滤波器滤波(VCF,再经压控放大器(VCA放大后输出。滤波器和放大器都是低失真的,而且由它们引起的噪声是可以忽略的。压控滤波器的截止频率可在1KHz到35KHz之间根据需要予以设定。VCA可被设定为衰减或放大,这可增加S

2、SM2000 的灵活性。使用合适的控制电路可以得到合适的控制信号,并施加到VCF和VCA上,这样可在对信号造成最小损失的同时实现多达25dB的噪声抑制。最后将降噪后的音频信号通过外接功放将其还原成声音信号。关键词: SSM2000;高保真;麦克风;滤波器;放大器Design of High-fidelity PickupAbstract:A high-fidelity pickup system based on audio noise reduction chip SSM2000 fabricated by HUSH circuit is designed in this graduatio

3、n project. Through a microphone pickup circuit for mixed voice signal acquisition, mixed sound signals will be changed into audio signals, sent into chip through the left and right audio channels of the SSM2000 chip and be processed for noise reduction. When the input audio signal is processed, requ

4、ired signal and noise frequency distribution, range of information can be extracted for analysis. Audio signal sent into left and right channels can be amplified putting out through voltage-controlled low-pass filter (VCF, and then the voltage-controlled amplifier (VCA. Filters and amplifiers are lo

5、w distortion, and noise caused by them can be negligible. Voltage-controlled filter cutoff frequency can be set as needed between 1KHz to 35KHz. VCA can be set for the attenuation or amplification, which can increase the SSM2000 flexibility. A suitable control signal is available with appropriate co

6、ntrol circuit and applied to the VCF and VCA, which can result in minimum loss of signal while achieving up to 25dB of noise suppression. Finally, the denoised signal can be restored to the sound signal through an external audio amplifier.Key words:SSM2000; Fidelity; Microphone; Filter; Amplifier目录第

7、1章绪论 (11.1研究该课题的背景及意义 (11.2国内外研究的现状 (11.3研究的主要内容 (2第2章系统方案论证与比较 (32.1降噪芯片选择方案比较 (32.2声音采集电路方案比较 (32.3系统供电方案比较 (4第3章系统设计与总体分析 (63.1系统原理框图 (63.2咪头结构原理介绍 (63.3双运放LM358简介 (143.4SSM2000系统结构原理介绍 (17第4章系统硬件电路设计和制作 (274.1SSM2000的外围电路设计 (274.2拾音电路设计 (274.3系统电源电路设计 (284.4电路板的制作 (28第5章电路中的阻抗匹配 (295.1输入阻抗和输出阻抗

8、(295.2常用电路的阻抗匹配选择 (305.3音频信号的阻抗匹配 (315.4阻抗失配的解决方法 (31第6章系统硬件调试 (336.1硬件调试过程 (336.2电路的改进 (346.3降噪芯片的滤波效果 (366.4测试结果分析 (37第7章结论 (38致谢 (39参考文献 (40附录系统硬件电路图 (41第1章绪论1.1 研究该课题的背景及意义音频监控作为安防行业近年来迅速发展的一个分支,目前已展现出前所未有的勃勃生机,人们把关注的目光开始从能够看见和听见的需求转向寻求高清的音视频监控。而音频监控的核心部件是拾音器。对于音视频一体化监控来说,摄像机是眼睛,拾音器是耳朵。眼睛看到的图像和耳

9、朵听到的声音通过电缆、光纤、网络等神经系统传输到作为大脑的硬盘录像机保存就构成一个基本的影音记录系统。传统的监控系统大都没有声音,就像早年的无声电影,人们只能看到无声的图像。现在很多的监控系统已经要求集成音频,例如,检察院审讯同步录音录像系统、公安局预审系统、看守所监狱监管系统等,也有广场、最高法院、国家信访局等重要国家机关,还有地铁、机场等公共交通枢纽等1,2。1.2 国内外研究的现状随着电子技术的飞速发展,工业生产和日常生活中的电子设备日益增多,现代电子产品几乎渗透到了社会的各个领域,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步提高,产品更新换代的节奏

10、也越来越快,对设计开发提出了更高的要求。有人提出疑问,有声电影电视都普及几十年了,而监控系统长期以来不全部提供声音呢,在这里有以下几个原因。(1 作为监控系统,大家最希望的是眼见为实,能亲眼看到“小偷进进出出的作案过程”就满足了,认为加上声音没有必要。(2 音频监控可能会涉及到个人的隐私问题,比如私下谈论的某些敏感东西如果“不小心”被记录下来,而监控资料保管不当就造成了隐私泄露。公共场合的视频监控,国家有相关的法律和安装规范,实施有法律保障。音频监控行为虽然与视频监控相比没有什么本质区别,但没有明文规定的东西,难免大家有些疑问。(3 长期以来音频监控技术发展缓慢,噪声处理难度大。人声和噪声经过

11、放大后很容易混淆在一起,就算是装上拾音器听到的也是噪声,音频监控没有达到其目的和意义。拾音器降噪需要解决两方面的问题,一是减少来自电路自身的噪音,二是降低来自环境噪声的干扰。电路自身的噪声比较容易解决,环境噪声问题更为复杂而难于解决。低水平的环境噪声可以通过噪声的自动监测并进行反馈抑制,这个技术能抑制部分环境噪声。但在公路等强噪声环境下,要达到更高要求还必须进一步采用DSP噪声抑制手段。目前最先进的语音降噪算法也只能在保证少失真的情况下降噪20dB左右。(4 远距离音频监控难度大。从声音在空气中传播的物理原理我们得知,一般人说话的声音强度大都在50dB,传播的距离在30米左右。而繁忙公路上的噪

12、声基本上在60 dB,说话的声音很容易被“淹没”,这就是为什么大家在噪声环境中嗓门会越来越大,这样对方才能听清。然而,人的说话声传播到100米外的声音能量已经趋于0,无论如何放大也是无济于事,加上环境噪声混合在一起,语音的处理难上加难。激光拾音器可以解决听到远距离声音的问题,虽然激光拾音器指向性强但成本极高、音质差,无法在音频监控领域大面积推广,只能在刑侦领域使用。(5 好的拾音器价格高昂。麦克风咪头作为拾音器关键部件,其性能直接影响到声音的品质。差的咪头成本几毛钱,好的咪头价格上万。要想获得较好的音质就必须采用档次高的咪头,而其成本就占了拾音器总成本的一半以上。加上后端噪声处理的高成本DSP

13、芯片,因此高端拾音器价格一直居高不下。这就是卡拉OK麦克风几百元,而CCTV的播音员要用价格上万麦克风的原因。正是由于以上几点的制约,过去音频监控在安防领域的应用并没有受到足够的重视。但随着人们对安防意识的提高以及技术的日趋成熟和相关法律的完善音频监控越来越受到各个领域的重视,有力地推动了高保真拾音器的快速发展。1.3 研究的主要内容本次设计采用基于HUSH电路制造的先进的音频降噪芯片SSM2000为设计平台,主要由麦克风拾音模块、主芯片SSM2000模块、电源模块组成。通过麦克风拾音电路将混合声音信号转换为电信号,经麦克风拾音电路放大后送入到SSM2000的左右声通道输入端,再经过SSM20

14、00内部的压控低通滤波器(VCF对音频信号进行滤波,再经压控放大器放大后输出。本设计的设计目标是将混合声音信号经拾音器拾取SSM2000降噪处理后有音频信号通过芯片的左右声通道输出端输出。第2章系统方案论证与比较2.1 降噪芯片选择方案比较方案一:采用以色列TRADIO公司生产的一款双通道音频处理DSP电路模块QNC260,它采用小尺寸低功耗的高速DSP芯片,适合各类轻型移动应用。QNC语音降噪是目前全球最先进语音降噪技术,彻底过滤和清除环境噪声,语音清晰干净、高保真自然原音。可以广泛应用到工业免提通话系统等高标准环境。它能够实时处理各种强噪声环境下的通讯系统的语音,配合ASE防爆音软件模块,

15、可有效消除音频中突发的、强大的声音,能防止使用耳机的用户受到伤害。但该芯片价格高昂。方案二:采用AD公司生产的SSM2000降噪芯片,SSM2000是采用具有专利的HUSH电路生产的先进音频降噪系统。HUSH电路把动态滤波器和向下扩展器结合起来,因此处理效率很高,并且不带有系统常有的噪声。此外自适应阈值电路可检测额定的信号电平,并可动态地调整两个阈值,因此不管是什么信号源都可以得到最优结果。HUSH电路实际中可用于任何音源,包括声音和视频磁带、无线电和电视广播以及其它有噪声的音源。SSM2000和DolbtB编码信号源一起使用可以产生良好的音频效果。该电路的一个主要特点是可直接连接到压控放大器

16、端口,使用最简单的外围电路就可以实现诸如直流幅度控制、自动电平调整及压缩等功能。且价格适中。因此考虑到成本及设计制作难度,本设计采用了方案二。2.2 声音采集电路方案比较方案一:采用Maxim公司生产的一款高性能麦克风放大器MAX9814,具有自动增益控制(AGC和低噪声麦克风偏置。器件具有低噪声前端放大器、可变增益放大器(VGA、输出放大器、麦克风偏置电压发生器和AGC控制电路。低噪声前置放大器具有12dB固定增益;VGA增益根据输出电压和AGC 门限在20dB至0dB间自动调节。输出放大器提供可选择的8dB、18dB和28dB增益。在未压缩的情况下,放大器的级联增益为40dB、50dB或6

17、0dB。输出放大器增益由一个三态数字输入编程。AGC门限由一个外部电阻分压器控制,动作/释放时间由单个电容编程。动作/释放时间比由一个三态数字输入设置。AGC保持时间固定为30ms。低噪声麦克风偏置电压发生器可为绝大部分驻极体麦克风提供偏置。但电路设计难度大且成本高。方案二:采用通常电子爱好者制作的简易麦克风拾音电路,本电路由9014三极管、电阻、电容构成其电路如图2-1所示。 图2-1 麦克风放大电路图2-1所示其中电阻R1负责给咪头提供工作电压,R2与R3负责给三级管提供偏值电压,电容C1负责把咪头的信号耦合给三级管9014以便放大,最终放大的信号通过电容C2耦合后送回到话筒线路的正级中。

18、但拾取后的音频信号放大倍数达不到设计要求。方案三:采用由TI 公司生产的双运放LM358通过外接电阻电路构成一个能放大20倍的拾音电路,运放的两个输出端接入降噪芯片的左右声输入通道。LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器。电路设计和制作容易,放大倍数满足设计要求且价格便宜。因此考虑到设计的方便性及总体电路设计,本设计采用了方案三。2.3 系统供电方案比较方案一:采用双极性供电方式,因此使用线性三端稳压芯片LM7815和LM7915,其中LM7815正15V 稳压输出,LM7915负15V 稳压输出,且外围电路简单,稳压效果好。通过220V 市电,经整流、滤波、稳压

19、得到直流电。如图2-3所示。图2-3系统双极性供电方案220V 市电 变压器 整流电路正15V 和负15V 电压输出LM78/7915稳压电路滤波电路方案二:采用单电源工作方式,220V 交流电整流滤波后经线性三端稳压芯片LM7809后得到稳定的+9V 电压输出,由于主芯片在单电源供电方式时必须产生一虚拟的地电位并把它连接到SSM2000的ACOM 端。虚拟地通常设定在电源电压的中点值(即电源电压的一半VCC/2。给芯片提供的虚拟地必须能够提供或吸收10mA 的电流。使用低成本的LM358运放即可实现此功能。如图2-4所示。图2-4系统单极性供电方案由于方案二电源设计电路简单容易操作,所以采用

20、第二种方案给SSM2000系统供电。220V 市电 变压器 整流电路LM358 电压跟随电路LM7809 稳压电路滤波电路第3章系统设计与总体分析3.1 系统原理框图本设计由麦克风拾音电路、SSM2000降噪芯片电路、运放LM358组成的电源模块、功放模块构成。其系统框图如图3-1所示。麦克风SSM2000 功放电源图3-1系统框图3.2 咪头结构原理介绍咪头的定义:咪头又名麦克风,话筒驻极体传声器,咪胆等。是一个声-电转换器件,是和喇叭正好相反的一个器件(电-声。是声音设备的两个终端,咪头是输入,喇叭则是输出。(1从工作原理上:炭精粒式、电磁式、电容式、驻极体电容式、压电晶体式、压电陶瓷式、

21、二氧化硅式等。(2从咪头的方向性,可分为全向,单向,双向(又称为消噪式。(3从极化方式上分,振膜式、背极式、前极式。从结构上分又可以分为栅极点焊式、栅极压接式、极环连接式等。(4从对外连接方式分:普通焊点式:L型带PIN脚式:P型同心圆式:S型以全向MIC,振膜式极环连接式为例(1防尘网:保护咪头,防止灰尘落到振膜上,防止外部物体刺破振膜,还有短时间的防水作用。(2外壳:整个咪头的支撑件,其它件封装在外壳之中,是传声器的接地点,还可以起到电磁屏蔽的作用。(3振膜:是一个声-电转换的主要零件,是一个绷紧的特氟窿塑料薄膜粘在一个金属薄圆环上,薄膜与金属环接触的一面镀有一层很薄的金属层,薄膜可以充有

22、电荷,也是组成一个可变电容的一个电极板,而且是可以振动的极板。(4垫片:支撑电容两极板之间的距离,留有间隙,为振膜振动提供一个空间,从而改变电容量。(5背极板:电容的另一个电极,并且连接到了FET(场效应管的G(栅极上。(6铜环:连接极板与FET(场效应管的G(栅极,并且起到支撑作用。(7腔体:固定极板和极环,从而防止极板和极环对外壳短路(FET(场效应管的S(源极, G(栅极短路。(8PCB组件:装有FET,电容等器件,同时也起到固定其它件的作用。(9PIN:有的传声器在PCB上带有PIN(脚,可以通过PIN与其他PCB焊接在一起,起连接另外前极式,背极式在结构上也略有不同5-7。FETDS

23、GCRLC0C1C2MIC GOUTPUTVS 图3-2 咪头内部电路原理图FET(场效应管MIC的主要器件,起到阻抗变换或放大的作用, C是一个可以通过膜片震动而改变电容量的电容,声电转换的主要部件。C1、C2是为了防止射频干扰而设置的,可以分别对两个射频频段的干扰起到抑制作用。RL:负载电阻,它的大小决定灵敏度的高低,VS:工作电压,MIC提供工作电压,C0:隔直电容,信号输出端。由静电学可知,对于平行板电容器,有如下的关系式:/C S L = (3-1即电容的容量与介质的介电常数成正比,与两个极板的面积成正比,与两个极板之间的距离成反比。另外,当一个电容器充有Q 量的电荷,那么电容器两个

24、极板要形成一定的电压,有如下关系式:/C Q V = (3-2对于一个驻极体咪头,内部存在一个由振膜,垫片和极板组成的电容器,因为膜片上充有电荷,并且是一个塑料膜,因此当膜片受到声压强的作用,膜片要产生振动,从而改变了膜片与极板之间的距离,从而改变了电容器两个极板之间的距离,产生了一个d 的变化,因此由公式(3-1可知,必然要产生一个c 的变化,由公式(3-2又知,由于c 的变化,充电电荷又是固定不变的,因 此必然产生一个v 的变化。这样初步完成了一个由声信号到电信号的转换。 由于这个信号非常微弱,内阻非常高,不能直接使用,因此还要进行阻抗变换和放大。FET 场效应管是一个电压控制元件,漏极的

25、输出电流受源极与栅极电压的控制。由于电容器的两个极是接到FET 的S 极和G 极的,因此相当于FET 的S 极与G 极之间加了一个v 的变化量,FET 的漏极电流I 就产生一个id 的变化量,因此这个电流的变化量就在电阻RL 上产生一个vd 的变化量,这个电压的变化量就可以通过电容C0输出,这个电压的变化量是由声压引起的,因此整个咪头就完成了一个声电的转换过程。咪头的测试条件:MIC 的使用应规定其工作电压和负载电阻,不同的使用条件,其灵敏度的大小有很大的影响。(1消耗电流:即咪头的工作电流主要是FET 在0VSG =时的电流,根据FET 的分档,可以做成不同工作电流的传声器。但是对于工作电压

26、低、负载电阻大的情况下,对于工作电流就有严格的要求,根据原理图可知:VS VSD ID RL =+ (/ID VS VSD RL =-(3-3式中 ID FET 在VSG 等于零时的电流RL 为负载电阻VSD ,即FET 的S 与D 之间的电压降 VS 为标准工作电压总的要求: 1000500A IDS A <<(2灵敏度:单位声压强下所能产生电压大小的能力。单位:/V Pa 或 /dBV Pa (有的公司使用的是/dBV Bar 40/60/dBV Pa dBV Bar -=-0/1/dBV Pa V Pa =声压强21/Pa N m =(3输出阻抗:基本相当于负载电阻RL(1-

27、70%之间。 (4方向性及频响特性曲线: 全向(无向型:全向 MIC 的灵敏度是在相同的距离下在任何方向上相等,全向MIC 的结构是PCB 上全部密封,因此,声压只能从MIC 的音孔进入,因此是属于压强型传声器。如图3-3和图3-4所示。 频率特性图:+20+10-10-20-302050100200500010d B3d B6d B13d B1d B图3-3 全向传声器频响曲线及容差范围极性图:306090120150180210240270300330图3-4 全向传声器极性范围 单向(心形、超心形、强心形:单向MIC 具有方向性,如果MIC 的音孔正对声源时为0度,那么在0度时灵敏度最高

28、,180度时灵敏度最低,在全方位上呈心型图,单向MIC 的结构与全向MI C 不同,它是在PCB 上开有一些孔,声音可以从音孔和PCB 的开孔进入,而且MIC 的内部还装有吸音材料,因此是介于压强和压差之间的MIC 。如图3-5和图3-6所示。频率特性图:+20+10-10-20-30205020000100200500100020009d B3d B5d B13d B10d B图3-5 单向传声器频响曲线及容差范围极性图:306090120150180210240270300330图3-6 单向传声器极性范围 双向消噪型:是属于压差式MIC ,它与单向MIC 不同之处在于内部没有吸音材料,它

29、的方向型图是一个8字型。如图3-7和图3-8所示。频率特性图:+20+10-10-20-30205020000 500016dB1dB2dB4dB16dB2.54cm50cm图3-7 双向传声器频响曲线及容差范围极性图:306090120150180210240270300330图3-8 双向传声器极性范围图3-9 三种咪头方向性结构图(5频率范围:全向:5012000Hz 2016000Hz 单向:10012000Hz 10016000Hz 消噪:10010000Hz(6最大声压级:是指MIC 的失真在3%时的声压级,声压级定义:200pa dBSPL = MaxSPL 为115dBSPLA

30、 ,SPL 声压级A 为A 计权(7S/N 信噪比:即MIC 的灵敏度与在相同条件下传声器本身的噪声之比,噪声主要是FET 本身的噪声。FETDSGCRL C0C1C2MICGOUTPUTVS电流表图3-10 MIC 测试图测试仪表:HY 系列驻极体传声器测试仪(1 电流的测试:由测试仪上直接读取电流值(A (2 灵敏度的测试:首先用标准话筒校准测试仪的声压级为94dB,然后把待测MIC 放到已校准的声腔口上,用测试表笔测试MIC 的两个极(注意两个表笔的方向,注意MIC 的工作电压和负载电阻,可以从测试仪上直接读取70Hz 和1KHz 的灵敏度.(3 方向性测试:要在消声室内进行,B&

31、;K2012测试仪,B&K 旋转台测试。 (4 频响曲线的测试:要在消声室内进行,B&K2012测试仪,B&K 旋转台测试。(5 S/N 的测试,首先测试MIC 的灵敏度,然后在相同的条件下在消声室内测试 MIC 的噪声,注意最好使用干电池,以减少因使用其它电源引起的测试误差,然后计算:S/N=灵敏度电平/噪声电平,再用对数表示。(6 最大声压级的测试,在消声室内,用B&K2012测试仪测试,逐渐加大声压级,并观察失真值,当失真值等于3%时,这时候的声压级就是最大声压级,记做MAXSPL ,应大于115 dBSPLA 。 (7 输出阻抗的测试方法将声压加到传声器

32、上,测量其开路输出电压,然后保持声压不变,在传声器的输出端并联一个电阻箱,调整其阻值,使输出电压为开路电压的一半,此时电阻箱的阻值即为传声器的输出阻值模值。随着通讯业的蓬勃发展,和相关技术的提高,整机产品对传声器的要求也越来越高。本文所提到的传声器,是指驻极体电容传声器,即俗称的咪头。 传声器的通用指标:(1 灵敏度(感度一般定义为:传声器声电转换的效率用dB 表示,在相关传声器的测试标准中设定为01dB V =,所以传声器的灵敏度值均为负值。例如:-58dB 传声器的灵敏度一般在 -28-66dB 之间选择,不同的用途就有着不同的灵敏度要求。例如:笔记本电脑的灵敏度值要求就比较高,要在-27

33、dB 左右,而蓝牙耳机则比较低,只要-62dB 左右就可以。必须提及的是:传声器灵敏度的高低不仅是传声器自身的灵敏度决定的,还与电路中的电阻R 有关。这个电阻的大小直接影响到传声器的灵敏度。同样一个传声器,如采用不同的R 值,灵敏度就完全不同。例如:R 值为1k 和2k 时,灵敏度可相差近7dB 。所以灵敏度是有条件的,传声器生产厂家一般要给定测试条件,通常为:2.2k 、3V 。(2 频率响应一般定义为:传声器在音频传输中频率各点所对应的灵敏度的一致性状态。传声器的频响范围大夺标称为2020KHz ,一般认为,这种一致性越趋一致,整个频响曲线越平越好。但在实际使用中并非如此。如:在电话机中,

34、就希望传声器的频响曲线是斩头去尾的草垛型。这样可以最大限度的克服低频噪声和高端啸叫。航空耳唛中的传声器则要求削掉700Hz 以下的成分,以避开飞机发动机的低频噪声频率。在一般的会议传声中则希望降低4000Hz 以上的频率,以克服啸叫。而在超声传输中,则要求传声器的频响15KHz 以上高端灵敏度越高越好11-14。所以传声器的频响也应该视应用场合而异。(3 电流与阻抗咪头内部有一个场效应三极管,其作用是阻抗转换和信号放大,所以咪头工作必须要加一个直流电压,可在1.56V 之间选择。咪头的电流值正常情况下取决于FET (场效管的电流值。一般在0.150.5mA 之间。在这里,FET 是一个恒流源,

35、当咪头的外加电压、电阻变化时电流值基本不变。因此,我们可以认为咪头的电流值就是FET 的电流值。FET 电流值与自身的放大增益指标即跨导(相当于晶体管的放大倍数、自身的阻抗值有关。一般认为:在一定的范围内,咪头的正常电流值越大、阻抗也就越低、放大能力就越高、咪头的灵敏度也就越高。咪头的阻抗生产厂家一般标定为:2.2k ,事实上,咪头的阻抗是个范围值,而不是点值。实践中咪头的阻抗在7003000之间,不少用户用万用表测阻抗其实是不对的,万用表测得的只是咪头FET 的直流电阻。咪头的阻抗值不仅影响到咪头本身的灵敏度,更重要的是影响到使用咪头的电器的指标,就是说,咪头的输出阻抗一定要与使用咪头的电器

36、的放大器的输入阻抗匹配,才能获得最大传声增益。3.3 双运放LM358简介总体概述:LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器,适用于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,在给定的工作条件下,电源电流与电源电压无关。它的应用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC 增益部件和其他所有可用单电源供电方式需使用运算放大器的场合。LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。如图3-11和图3-12所示12348765-+-SOP-8/DIP-8/MSOP-8/ISSOP-8OUTPUT1INPUT1(-INPUT2(+VEE/GND

37、 INPUT2(-OUTPUT2INPUT1(+VCC图3-11 DIP 塑封引脚图引脚功能26417358-+-OUTPUTA OUTPUTBINVERTING INPUT AINVERTING INPUT BNON-INVERTINGINPUT ANON-INVERTINGINPUT BGNDV+图3-12 圆形金属壳封装管脚图LM358的内部结构电路如图3-13所示。Inverting inputNon-invertinginputV CCOutputGND50µAQ12RES Q13Q7Q11Q6Q5Q10Q9Q8Q1Q2Q3Q46µA 4µA 1000&

38、#181;ACc图3-13 内部电路原理图(1内部频率补偿(2直流电压增益高(约100dB (3单位增益频带宽(约1MHz(4电源电压范围宽:单电源(330V;双电源(±1.5±15V (5低功耗电流,适合电池供电 (6低输入偏置电流(7低输入失调电压和失调电流 (8共模输入电压范围宽,包括接地 (9差模输入电压范围宽,等于电源电压范围 (10输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V (11输入偏置电流45nA (12输入失调电流50nA (13输入失调电压2.9mV(14输入共模电压最大值VCC 1.5V (15共模抑制比80dB (16电源抑制比100dB0.01µ

39、;FR1 16KR2 16K +- R3 100K R4 100K C1VinVo0.01µFC2½LM358GNDGNDf o =1KHz Q=1Av=2图3-14 直流耦合低通RC 有源滤波器+-½LM35882GND LEDInput(+Input(-图3-15 LED驱动器+-½LM358RL240GNDInput(+ Input(-123DM54XX图3-16 TTL驱动电路+-½LM358R210MR110K+V IN+V REFV O图3-17 滞后比较器因此,LM358是一款性能优秀的双运算放大器。常用于各种放大电路中。3.4

40、SSM2000系统结构原理介绍SSM2000的基本概述:SSM2000是采用具有专利的HUSH电路生产的先进音频降噪系统。HUSH电路把动态滤波器和向下扩展器结合起来,因此处理效率很高,并且不带有系统常有的噪声。此外自适应阈值电路可检测额定的信号电平,并可动态地调整两个阈值,因此不管是什么信号源都可以得到最优结果。HUSH电路实际中可用于任何音源,包括声音和视频磁带、无线电和电视广播以及其它有噪声的音源。SSM2000和DolbtB编码信号源一起使用可以产生良好的音频效果。该电路的一个主要特点是可直接连接到压控放大器端口,使用最简单的外围电路就可以实现诸如直流幅度控制、自动电平调整及压缩等功能

41、。(1噪声抑制达25dB(2单端工作(3自适应阈值可动态调整(4可对DolbyB音源进行有效解码(5可直接连接VCA控制端(6具有逻辑可控制的旁路和静音功能(7有100dB的动态范围(噪声抑制关断时(8总谐波噪声失真比的典型值为0.02%(9电源电压为718V如表3-1和图3-18所示表3-1 SSM2000的主要电性能参数Parameter Symbol ConditionsSSM2000Min Typ Max UnitsAUDIO SIGNAL PATHSignal-to-Noise Ratio HeadroomDynamic RangeTotal Harmonic Distortion

42、Effective Noise ReductionInput Impedance OutputImpedance,Dynamic Capacitive LoadChannel SeparationMute OutputGain Matching,L&R Channels Gain Bandwidth SNRHRTHD+NZ INZ OUTGBWV IN=0V,20 Hz to 20 kHz (FlatClip Point, THD = 1%Clipping to Noise FloorV IN=300mVrms,2nd & 3rd Harmonics20kHz Bandwidt

43、h (FlatDownward Expander SectionDynamic Filter SectionPins 1 and 2Pins 23 and 24No Oscillationf = 1 kHz, V IN = 300mVrmsV IN = 300 mVrmsVCA at A V = 0dBNR Disabled80 864.5910.02 0.0415106 8730060-85±137dBdBudB%dBdBkpFdBdBdBkHzDYNAMIC FILTERMinimum Bandwidth Maximum Bandwidth BW MINBW MAXVCF C =

44、 0.001F 337kHzkHzVCA CONTROL PORT Input ImpedanceVCA Voltage Gain Range Gain ConstantControl Feedthrough A VPin 7V IN= 300 mVrms(Pin7 =2.0V & 0VPin 73.8-70 +120 22 261 10kdBmV/dBmAPOWER SUPPLYVoltage RangeSupply CurrentPower Supply Rejection V SI SYPSRR+7.0 187.5 1170VmAdBVCA, VCF DETECTORInput

45、Impedance R IN Pins 8 and 10 4.0 5.4 7.0 k123456789101112L OUT R OUT L VCF C1L VCF C2R VCF C1R VCF C2V+V-ACOMDIGITAL GND VCA PROT VCF DET IN SUM OUTVCA DET IN VCF DET CAP VCA DET CAP NC MUTE DEFEATAUTO THRESHOLD CAP DEFAULT THRESHOLD NCSSM2000TOP VIEW (Not to ScaleNC=NO CONNECT图3-18 SSM2000的外形封装如图3-

46、19所示是SSM2000的一个音频通道的原理框图。当输入的音频信号被处理后,即可提取所需要的信号和噪声信号的频率分布和幅度信息。 左右声道的音频信号首先经过压控低通滤波器滤波(VCF 滤波后,再经压控放大器(VCA 放大后输出。滤波器和放大器都是低失真的,由它们引起的噪声是可以忽略的。 压控低通滤波器的截止频率可由用户在1KHz 到35KHz 之间根据需要予以设定16。VCA 可被设定为衰减或放大,可增加SSM2000 的灵活性。使用合适的控制电路可以得到合适的控制信号,并施加到VCF 和VCA 上, 这样可在对信号造成最小损失的同时实现多达25dB 的噪声抑制。图3-20所示为SSM2000

47、的系统框图结构。x3PRE-DETECTORSIGNAL CONDITIONINGVCF DETECTORVCA DETECTORVCFVCANOISE THRESHOLD DETECTORSSM20001,2L/R INVCF FITTERCAP7VCA EXTERNAL CONTROL PORT17MUTE23,24L/R OUT16HUSH DEFAT3,224,211089OUT AMP图3-19 SSM2000的音频原理框图(一个音频通道VOLTAGE CONTROLLED FILTER VOLTAGE CONTROLLED AMPLIFIERVOLTAGE CONTROLLED F

48、ILTER VOLTAGE CONTROLLED AMPLIFIERLOGIC INTERFACELOGIC INTERFACEAUTO THRESHOLD NEGATIVE PEAK DETECTORHIGH-PASS FILTERPEAK DETECTOR PEAK DETECTORR OUTL OUTR INL INDEFEATMUTEEXTERNNAL VCA CONTROL PORTDEFAULT THRESHOLDDIFFERENCE AMPLIFIERDIFFERENCE AMPLIFIER图3-20 SSM2000的系统原理框图SSM2000的典型性能关系图0.010.1110

49、0.112T H D +N -%T A = +25°CV S = ± 4.25VDEF THRESHOLD = 0V DEFEAT = ON MUTE = OFF R L = 100kWINPUT SIGNAL-VrmsAP0.01图3-21 TDH+N(&与输入信号-701010010k 30kT A = +25°CV S = ± 4.25VV IN = 300mV rms SINE WAVEChannel Outputvs.Frequency for Differrent VCA ControlPort VoltagesAP1k 20FREQ

50、UENCY-Hz-20C H A N N E L O U T P U T -d B0-10-30-40-50-60-80-90V C =0V V C =0.5VV C =1VV C =1.5VV C =2V V C =2.5VDEF THRESHOLD = 0V DEFEAT = OFF MUTE = OFF图3-22 频率曲线图不同的输出通道VCA 控制端口电压-40100C H A N N E L S E P A R A T I O N -d BChannel Separation vs.FrequencyAP1k20FREQUENCY-Hz-50-45-70-65-60-55T A =

51、+25°CV S = ± 4.25V (Pin 5, 20DEF THRESHOLD = 0V (Pin 14DEFEAT = ON (Pin 16MUTE = OFF (Pin 17R L = 100kWV IN = 300mV rms SINE WAVE UNSELECTED INPUT = 0V20k图3-23 频道与频率分离0.0010.0110030kT H D +N -%T A = +25°CV S = ± 4.25VDEF THRESHOLD = 0V DEFEAT = ON MUTE = OFF R L = 100kWTHD+N(%vs.

52、FrequencyAP1k20FREQUENCY-Hz图3-24 TDH+N(&与频率的关系10-10-20-30-40-50-60-70-80-90VCA CONTROL VOLTAGE(Pin7-VL .R C H A N N E L O U T P U T -d BT A = +25°CV S = ± 4.25V (Pin 5, 20V IN = 300mV rms SINE WAVE (Pin 1, 2DEF THRESHOLD = 0V DEFEAT = OFF MUTE = OFF R L = 100kW BOTH CHANNELS图3-25 通道输出与

53、VCA 控制电压-2010030kP S R R +-d BPSRR+vs.FrequencyAP1k20FREQUENCY-Hz-40-30-80-70-60-50TA = +25°CVS = ± 4.25V (Pin 5, 20DEF THRESHOLD = 0V DEFEAT = ON MUTE = OFFNO DECOUPLING CAPACITOR ON V+图3-26 频率曲线PRSS +-20100P S R R -d BPSRR-vs.FrequencyAP20FREQUENCY-Hz-40-30-80-70-60-50T A = +25°CV S

54、 = ± 4.25V (Pin 5, 20DEF THRESHOLD = 0V DEFEAT = ON MUTE = OFF (Pin 17V RIPPLE = 425mV p-pNO DECOUPLING CAPACITOR ON V 30k图3-27频率曲线PRSS -OUTPUT SIGNAL-dBu-1000-10-20-30-40-50-60-70-80-90-70-60-50-40-30-20-10T A = +25°CV S = ± 4.25VDEF THRESHOLD = 0V DEFEAT = ON MUTE = OFF R L = 100kW0

55、dBu = 0.775mVrmsV TH=-2.0VV TH=-1.2VV TH=0VO U T P U T S I G N A L -d B u图3-28 输入与输出特性LIN,RIN(管脚1,2:左、右音频输入。LIN和RIN都采用单端输入,输入阻抗为10k。VCF电容端(左声道管脚3、4,右声道管脚21、22:包括LVCFC1、2和RVCFC1、2。连接在这4个端口的电容控制着压控低通滤波器(VCF的频率范围。V+(管脚5:正电源。ACOM(管脚6:音频电路的内部参考地。在单电源应用中该端通常接低电位,电位应为正电源的一半。VCA CONTROL PORT(管脚7:VCA控制端。该端连接着压控放大器电路,除了对压控放大器检测器的控制之外,还可以在外部对压控振荡器的幅度进行设定并对音量进行控制。该端口每施加22mV 电压就会产生1dB的幅度衰减,0dB对应于150mV。VCF DET IN(管脚8:该脚为压控滤波器控制和噪声阈值检测电路的输入端。推荐在 SUMOUT 和VCF IN端使用3极点滤波器。SUM OUT(管脚9:该端为左右输入的合成组合输