低时延世界的数字化主动降噪解决方案 – 技术实例,主动降噪技术,信噪比,耳机


带来先进聆听体验的ANC技术能为耳机提供差异化优势,因此对于半导体行业来说,ANC是一个不可忽视的商机。本设计实例对模拟混合ANC系统与数字混合ANC系统进行了比较,列出了它们的典型功耗,并讨论了各自的优势与劣势。

 

主动降噪(ANC)技术通常被用在价格昂贵的耳机上,一般用来减弱飞机引擎等的噪声。这种消除扰人的环境噪声的技术是一项非常老的技术,发明于上个世纪。此期间,耳机产业者注意到了带来先进聆听体验的ANC技术能为耳机提供差异化优势。对于半导体行业来说,ANC是一个不可忽视的商机。过去,ANC技术通常由独立的耳机功放、运算放大器以及麦克风前置放大器等几部分组成,如图1的简化模拟框图所示。

 

低时延世界的数字化主动降噪解决方案 - 技术实例,主动降噪技术,信噪比,耳机


图1:模拟混合ANC系统简化框图。

 

看着相当复杂的模拟方案框图,也许有人会问,为什么不使用数字化解决方案来取代所有离散组件?因为摩尔定律支持ANC系统,并且数字信号处理器的计算能力越来越强,这无疑是一个有效论证。不过,模拟方案能够在这样一个越来越数字化的世界里生存,可能还有其它一些因素。

 

低时延世界的数字化主动降噪解决方案 - 技术实例,主动降噪技术,信噪比,耳机


图2:数字混合主动降噪系统(ANC)简化框图。

 

如图2所示,在一个数字主动降噪系统中,所有模拟解决方案中用到的简单放大器都被替换成模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)。在DAC和ADC之间运行ANC算法会涉及一些信号处理。所有这些模块的共同点是它们运行时都需要一个时钟,更重要的是,每个模块都需要不同的时钟周期将模拟信号转换为数字信号,通过ANC算法计算,再由DAC将数字信号转换回模拟信号。一个信号从模拟输入到模拟输出产生的完整传播时延对ANC滤波器来说是一个至关重要的因素,会直接影响ANC性能。

 

时延对ANC系统的影响

 

时延对ANC性能带来的负面影响如图3所示。绿线是一个模拟混合ANC耳机的典型ANC性能曲线简化图。

 

将一个恒定的时延(因DAC、ADC以及ANC算法的数字信号处理而产生)加到ANC信号通路上,会引起额外的相移,从而降低ANC能够达到的带宽。原因非常简单,如果降噪信号在人耳听到噪声之后才播放出来,那么这个180°的反相降噪信号就不可能有效抵消环境噪声了。尤其对于反馈系统,由于相位裕度更低,增加了不稳定的风险(声学振荡)。

 

低时延世界的数字化主动降噪解决方案 - 技术实例,主动降噪技术,信噪比,耳机