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现在，跟着多媒体技能逐步被车载电子设备所选用, 数字信号处理器(DSP)也获得了越来越广泛的运用, 用以对音频信号进行数字化处理。例如，车载多媒体体系替代传统的轿车收音机和CD体系，在此多媒体体系中选用DSP, 例如ADI的 ADAU1401 SigmaDSP®,能够完结更超卓的音效和高度灵活性，为乘客供给五光十色的多媒体体会。此外这些DSP还供给了一个有用的东西, 可完结减小体系噪音和功耗的功用, 这关于重视噪音和功耗问题的体系工程师来说很有用。本文介绍了这种新办法, 运用 SigmaDSP 处理器和 SigmaStudio™ 图形开发东西来减小车载音响体系的噪音和功耗。
ADAU1401是一款完好的单芯片音频体系，包含彻底可编程的28/56位音频DSP、模数转化器(ADC)、数模转化器(DAC)及相似微操控器的操控接口。信号处理包含均衡、低声增强、多频段动态处理、推迟补偿、扬声器补偿和立体声声场加宽。这种处理技能可与高端演播室设备的效果相媲美，能够补偿因为扬声器、功放和听音环境的实践约束所引起的失真，然后显着改进音质。
凭借便利易用的SigmaStudio开发东西，用户能够运用不同的功用模块以图形化的办法装备信号处理流程, 例如双二阶滤波器、动态处理器、电平操控和GPIO接口操控等模块。
噪底
与便携式设备不同，车载音响体系配有高功率扩大器，每个功放能够供给高达40 W-50 W功率，每辆轿车至少有四个扬声器。因为功率较大, 噪底很简略被扩大，使得人耳在安静的环境下就能感受到。例如，假定扬声器灵敏度约为90 dB/W，则4 Ω扬声器中的1 mV rms噪声能够发生大约24 dB的声压级(SPL)，这一水平噪音人耳在安静环境下就能够感受到。或许的噪声源有许多, 如图1所示，首要噪声源包含电源噪声(VG),滤波器/缓冲器噪声 (VF)以及电源接地布局不妥引起的噪声VE。VO 是来自处理器的音频信号，VIN 是扬声器功率扩大器的音频输入信号。
电源开关期间的爆音： 车载音频功率扩大器一般选用12 V单电源供电，而DSP则需求运用低压电源（例如3.3 V），滤波器/缓冲器或许选用双电源供电（例如±9 V）。在以不同的电源电压作业的各部分电路之间，有必要运用耦合电容来供给信号阻隔。在电源开/关期间，电容以极快的速度充电/放电，发生的电压跳变沿着信号链传达，终究导致扬声器宣布爆音。图2显现了这一进程。
尽管知道噪底和爆音的来历，并且也尽力选用杰出的电路规划和布局布线技能，以及挑选噪声更低的优秀器材来下降信号源处的噪声，但在规划进程中依然或许呈现许多不确认性。轿车多媒体体系的规划人员有必要处理许多复杂问题，因而有必要具有高水平的模仿/混合信号规划技能。即便如此，原型产品的功用仍有或许与本来的预期不符。例如，1 mV rms的噪声水平会带来巨大应战。至于爆音，现有解决方案运用MCU来操控电源开关期间功率扩大器的操作次序，但当MCU间隔功率扩大器较远时，布局布线和电磁搅扰(EMI)会构成潜在问题。
功耗
跟着车载电子设备越来越多，功耗问题变得日趋严重。例如，假如音频功率扩大器的静态电流到达200 mA，则选用12 V电源时，静态功耗就高达2.4 W。假如有一种办法能检测到没有输入信号或信号满足小，然后封闭功率扩大器，那么在已开机但不需求扬声器宣布声音的时分，就能够节约不少功耗。
将车载音响体系的噪声和功耗降至最低
运用SigmaDSP技能，就能够供给这样一种办法, 能够减小体系噪声和功耗，一起不添加硬件本钱。图3是一个4扬声器车载音响体系的框图，其间ADAU1401 SigmaDSP处理器用作音频后处理器。除了采样、转化、音频信号数字处理和生成额定的扬声器通道以外，SigmaDSP处理器还具有通用输入/输出(GPIO)引脚可用于外部操控。微操控器(MCU)经过I2C接口与SigmaDSP处理器进行通讯，模仿输出驱动一个选用精细运算扩大器ADA4075-2的低通滤波器/缓冲器级。
SigmaDSP处理器与功率扩大器之间的赤色信号线操控功率扩大器的静音/待机引脚。在正常默许作业形式下，开集GPIO1引脚经过10 kΩ上拉电阻设置为高电平(图中未标示)。ADAU1401具有均方根信号检测功用，可确认是否存在输入信号。当没有输入信号时，GPIO1变为低电平，功率扩大器置于静音/待机形式，因而扬声器没有噪声输出，一起功放的待机功耗也很低。当检测到高于预订阈值（例如–45 dB）的输入信号时，GPIO1变为高电平，功率扩大器正常作业。这时尽管噪底依然存在，但因为信号的高信噪比(SNR)将其屏蔽，使它不易被人耳感知到。
电源开关期间，SigmaDSP处理器（而不是MCU）经过呼应MCU的指令直接操控功率扩大器的静音/待机。例如，在电源接通期间，来自MCU的操控信号经过I2C接口设置SigmaDSP处理器的GPIO1，使之坚持低电平（静音），直到预订的电容充电进程完结，然后MCU将GPIO1设置为高电平，由此消除发动瞬变所引起的爆音。封闭电源时，GPIO当即变为低电平，使功率扩大器处于静音/待机状况，然后消除电源堵截时发生的爆音。将功率扩大器置于SigmaDSP处理器而不是MCU的直接操控之下的原因是SigmaDSP处理器一般间隔功率扩大器更近，因而布局布线和EMI操控也更简略完结。
如上所述，运用SigmaStudio软件算法能够丈量输入信号的均方根电平。运用SigmaStudio图形开发东西，很简略设置均方根检测模块，并用它来操控GPIO状况，如图4的典范所示。
均方根检测功用运用均方根算法单元和逻辑单元完结。信号阈值有必要具有迟滞功用，用以消除静音功用呼应小改变而发生的震颤。例如RMS1阈值设置为–45 dB，RMS2阈值设置为–69 dB。当输入信号高于–45 dB时，GPIO1为高电平。当输入信号低于–69 dB时，GPIO1为低电平。当输入信号坐落这两个阈值之间时，GPIO1输出信号坚持从前所在的状况（参见图5）。
图4还显现了用以进一步下降输出噪声的压限器功用。例如，当输入信号低于–75 dB时，扬声器体系的输出信号将会衰减到–100 dB，然后也下降了体系噪底。
总结
噪声和功耗是车载音响体系规划面对的巨大应战。ADI公司的SigmaDSP处理器已广泛运用于车载音响体系的数字音频后处理，若运用其均方根检测和GPIO操控功用来明显下降噪声和功耗，则能进一步发挥更大效果。SigmaStudio图形化开发东西支撑以图形办法设置各种功用，而不需求编写代码，令规划作业倍加简略。此外，因为功率扩大器模块一般离SigmaDSP处理器比离MCU更近，因而用SigmaDSP处理器来操控静音功用，能够简化布局布线作业并进步EMI抗扰度。
