咔嗒聲是指驅動變換器的放大器在打開或關閉過程中，音頻瞬變信号在耳機或揚聲器中産生的雜音。直到目前爲止，業界仍然從主觀上評價這種咔嗒聲。“較低的咔嗒聲”和“無咔嗒聲工作”等描述代表瞭對咔嗒聲定量分析的主觀判斷。爲瞭消除衡量音頻放大器性能的主觀判斷因素，Maxim確定瞭描述咔嗒聲的客觀指标。本文闡述瞭這一指标KCP以及該參數的測試過程。
引言
便攜式音頻設備的特殊要求是産品設計的關鍵，産品A優於其競争産品B，而且使用更理想的原因是什麽? 從性能上看，競争産品之間的頻率響應平坦度和THD+N等指标相差不大，很難區分哪一個産品性能更好。從用戶接口能夠評判産品的主要差異，但這在很大程度上取決於主觀評價。我們可以利用客觀的音頻性能指标對産品進行比較，說明一個産品明顯優於其它産品的原因。
評估音頻性能的一個重要指标是設備在打開或關斷時，耳機(或揚聲器)出現的“咔嗒”聲或其它奇怪的瞬态噪聲。随著(zhe)人們對産品性能期望值的提高，無瞬态雜音成爲人們選擇産品的一項重要指标，因而也是便攜式音頻設備的關鍵賣點。直到目前爲止，業界仍然從主觀上評價這種咔嗒聲，“較低的咔嗒聲”和“無咔嗒聲工作”等描述代表瞭(le)對咔嗒聲定量分析的主觀判斷。但是，用戶的期望值在變化，設計人員需要得到評判咔嗒聲的客觀指标。
本文闡述瞭(le)一種定量表示咔嗒聲參(cān)數的方法，這種方法可以在不同産品中對産品進行重複比較。
咔嗒聲的特征
咔嗒聲是指放大器驅動轉換器打開或關閉(bì)時，在耳機或揚聲器中出現的音頻瞬态信号。在便攜式應用中，降低功耗是延長電池使用時間的關鍵，當不需要某些功能模塊工作時，一般會禁用這些模塊。這種功能有可能會進一步突出咔嗒聲這一不利因素。當器件打開或關斷時，理想元件不應出現音頻輸出，而實際應用中，所有的音頻放大器都會産生咔嗒聲。根據所用轉換器(揚聲器或耳機)的靈敏度、轉換器與人耳的距離、放大器處理瞬變信号的能力以及聽覺的敏感度，可以聽不到咔嗒聲。盡管確(què)定音頻阈值涉及到許多因素，可以利用放大器輸出指标(與音頻傳輸函數無關)定量對比産品的性能。
表1列出瞭(le)有可能造成放大器信号瞬變(biàn)的因素。
表1 造成放大器瞬變噪聲的因素
Maxim将音頻測試分爲兩類，以合理測量KCP測量。參考上面的表1，第1項(上電)和第2項(斷電)屬於A類。一般假設正常工作狀态下，帶有關斷(SHDN)功能的Maxim産品在上電時具有受關斷引腳(或寄存器位)控制的瞬變模式。A類並不代表正常的使用，隻是在測量那些軟件控制無法關斷器件時才相關。第3項和第4項(B類測量)更貼近正常的使用情況。
圖1和圖2所示(在時域)爲兩個不同的耳機放大器退出關斷狀态的瞬态過程，将第一個交流耦合耳機放大器和第二個直流耦合耳機放大器進行對比，交流耦合耳機放大器退出關斷時産(chǎn)生較大的瞬變(biàn)(圖1)，這種瞬變(biàn)産(chǎn)生明顯的低頻聲音，原因是其較慢的開啓過程。 (注意，時間标度是100ms/div。)
圖1. 數據顯示瞭一個性能良好的交流耦合耳機放大器退出關斷狀态時的瞬态過程。其振幅較大，盡管這一瞬态過程将産生明顯的低音信号，但人耳對這種聲音並不敏感。
第二種瞬變過程，即直流耦合耳機放大器(圖2)，似乎淹沒在A加權濾波之前示波器的噪聲底中。對於(yú)這種放大器，大部分音頻來自從關斷到完全工作時産生的直流失調電壓。由於(yú)失調隻有幾個毫伏，沒有經過濾波的信号不能精確(què)決定咔嗒聲的大小。採用A加權濾波後，從噪聲基底中提取出直流耦合耳機放大器失調産生的咔嗒聲，獲得更客觀的測量結果。 (注意，沒有顯示濾波後的信号标度V/div。)
圖2. 數據顯示瞭低失調、直流耦合耳機放大器退出關斷狀态的瞬态過程。與圖1A相比，幅度要低得多(因此，主觀上感覺噪音低得多)，放大器經過150μs後完全開啓。
分析這一問題時，需要考慮兩個方面。首先，怎樣客觀地測(cè)量瞬?? 其次，如果需要，採(cǎi)用什麽标準來衡量測(cè)試結果?
咔嗒聲測試方法
Maxim採用瞭Audio Precision的系統1和系統2 (推薦)音頻分析儀測量咔嗒聲(圖3)，也可以採用其它廠商類似測試設備。所推薦的指标KCP能夠客觀衡量音頻放大器的咔嗒聲。
圖3. 耳機放大器咔嗒聲測試裝置，注意，左右聲道輸入引??流耦合至地。輸出負載是典型的耳機阻抗，用方波發生器觸發關斷引腳。
開始測(cè)量時，将待測(cè)設備(bèi)(DUT)輸出連接到負載或模拟負載(假負載)。在DUT上加載所需的SHDN和電源，将所有DUT輸入交流耦合至地。不需要輸入信号；輸入激勵包括DUT在各種工作或停止工作模式之間切換的控制信号。連接DUT輸出至音頻分析儀的模拟分析部分。
下一步，選擇分析儀的A加權濾波(建議)或非加權22Hz至22kHz濾波器，将測量帶寬限制在音頻範圍内。請注意，示波器的快速高電平瞬變並(bìng)不表明有多少能量出現在音頻頻帶内。人耳對揚聲器或耳機瞬變信号的頻率響應很有限。因此，增加A加權濾波(圖4)更有利於分析，因爲這樣增強瞭(le)人耳敏感的頻率分量。某些音頻分析儀不能選用A加權，這種情況下，應限制人耳頻率響應的帶寬。音頻測試設備中常用的限制帶寬是22Hz至22kHz，帶寬限制濾波器大概能達到20kHz的平坦響應(通常爲人耳的上限)。
圖4. A加權濾波器的頻率響應。頻率均衡接近耳朵的敏感範圍，因此該參數通常用於噪聲測量。注意，濾波器傳輸函數爲單位增益(0dB) @ 1kHz，兩端頻率信号被衰減。
設置檢測器爲峰值讀數(而不是RMS值)，設置檢測器採樣爲每秒32次。對於(yú)我們要採集的瞬變等信号，RMS檢測沒有作用。系統2分析儀支持更高的採樣率，而每秒32次採樣率能夠從系統1音頻分析儀獲得同等的測量選項。 (每秒32次採樣率是系統1模型中最快的採集設置。) 禁用音頻分析儀的範圍自動調整電路，手動選擇能夠精確(què)跟蹤預期的峰值信号幅度。系統1和系統2分析儀的範圍爲1倍至1024倍(0至60.21dB)，步長4倍(12.04dB)。爲實現精確(què)測量，建議音頻放大器咔嗒聲測量的起始點採用1X/Y範圍。
採用低頻方波驅動SHDN引腳，以便進行重複測量。SHDN循環頻率低於(yú)音頻頻帶，周期應足夠長，以確(què)保能夠採集到所有的打開和關斷事件(某些型号具有較長的開啓延遲)。Maxim通常選擇0.5Hz周期。
工作和關斷之間出現瞬變時，分析儀的直方圖選項能夠輕松監控DUT瞬變。可以很容易地確定峰值電壓，測量期間能夠迅速複位直方圖。峰值電壓以dBV (相對於1V的dB值)進行記錄。這一指标爲KCP。
測試設備的重要性
上述測試方法能夠支持類似器件的對比，産生可重複的客觀結果。測試設備(bèi)最好能夠對任何大小的輸入保持線性響應。例如，測試1mV沖擊響應時的峰值讀數應比同樣脈沖寬度的100mV沖擊相應低40dB。 (參見附錄的測試瞬變(biàn)校準)。
帶有外部濾波的示波器完全可以用在這一咔嗒聲測量方案中。但是，經驗表明高質量耳機放大器的咔嗒聲電平典型值在毫伏範圍，這對於(yú)大部分示波器來說要想進行精確(què)測量具有一定難度。可以採用示波器測試大功率放大器等電壓較高的設備。
平均值重複測試
同一型号的不同器件可能産生不同的測試結果。因此，在判定某型号性能之前應測試多個器件以均衡這種差異。對於(yú)設計合理的直流耦合耳機放大器，大部分咔嗒聲與輸入失調電壓成正比，除非經過均衡(或以别的方式消除)，不同器件的輸入失調電壓存在一定差異。全面測試某一型号時，爲確(què)保結果的一緻性，應多次測量每一工作模式的瞬變。然後，計算平均值。如果器件即将投入使用，建議進行多次測量。測試立體聲或多通道産品的所有通道。
建立絕對電壓電平
應根據放大器的實際應用來規定咔嗒聲的絕對電壓電平。例如，假定一個設備(bèi)關斷時産生-50dBV的瞬變(biàn)。如果DUT是一個50W/8的功率放大器，滿量程爲+29dBV。這樣，該放大器可察覺到的咔嗒聲與最大峰值電壓之比爲：
-(+29 - (-50)) = -79dB
但是，如果DUT是20mW/16的耳機放大器，滿量程大約爲-1.9dBV，将相對於(yú)峰值電(diàn)壓比值較小：-48.1dB。
設置指标電平
盡管我們已經說明瞭(le)怎樣獲得咔嗒聲指标的客觀測(cè)量方法，但還存在一個問題：精度如何?
考慮以下問題，採用上述方法測量兩個耳機放大器之後，您得到瞭可以重複的B類咔嗒聲抑制結果，第一個放大器的KCP爲-59dBV，第二個是-61dBV。第二個放大器的噪聲真的比第一個小很多嗎? 或者說，這兩個結果都是可以接受的嗎? 測量結果是客觀的，但是對“可接受”的理解仍然是主觀的。
一個能夠接受、能夠檢測(cè)到的咔嗒聲抑制電平取決於(yú)多個因素：待測(cè)耳機/揚聲器的效率、人耳到轉換器之間的典型距離、SHDN循環頻率以及收聽時的背景噪聲電平等。
在很多應用中，盡管許多因素會影響可接受咔嗒聲電平的建立，我們還是可以規定一個可信的指标基準。注意，Maxim耳機放大器B類咔嗒聲的測試結果(表2)，所有測試均採用一個32負載電阻，每一KCP值代表每個端口四次採樣的平均值。
表2. 耳機放大器的KCP值(A加權、32次/秒、峰值電壓、32負載)
以上數據是Maxim對KCP性能的測試結果。爲最終消除放大器性能測試中的主觀因素，建議其它半導體供應商採用這一方法，以及定義的KCP參數。
