探索LM1894动态降噪系统：音频播放的降噪利器

在音频播放系统的设计中，降噪是一个至关重要的环节。今天我们要深入探讨的是德州仪器（TI）的LM1894动态降噪系统（DNR），它为音频播放带来了出色的降噪解决方案。

文件下载：lm1894.pdf

一、LM1894的特性与应用

特性亮点

LM1894具有众多令人瞩目的特性。它采用非互补降噪技术，也就是“单端”模式，外部组件成本低，且无需严格匹配。这使得在设计电路时，我们可以更灵活地选择组件，降低成本的同时也减少了设计的复杂性。它与所有预录制磁带和FM广播兼容，这意味着它具有广泛的适用性。其CCIR/ARM加权下能实现10dB的有效磁带降噪，能显著提升音频的纯净度。此外，它的供电范围宽，从4.5V到18V，并且具有1Vrms的输入过载能力，能适应不同的电源环境和输入信号强度。

应用场景

LM1894的应用场景十分广泛。在汽车收音机/磁带播放器中，它可以有效降低磁带和广播信号中的噪声，提升车内的音频体验；在紧凑型便携式磁带播放器中，其低功耗和出色的降噪性能能让用户随时随地享受高品质的音频；在高品质HI - FI磁带系统中，它能还原音频的真实细节，带来更纯净的声音；在VCR和视频光盘播放中，它也能减少播放时的噪声，提升视频伴音的质量。

二、技术细节剖析

电路描述

LM1894是一款用于音频播放系统的立体声降噪电路。其DNR系统是非互补的，不需要编码源材料就能实现降噪。它利用心理声学掩蔽和自适应带宽方案来实现降噪效果。由于所需的额外组件较少，还能节省电路板空间和成本。

典型应用与连接

文档中给出了典型的组件连接图（Figure 1），展示了如何构建立体声DNR系统。在连接时需要注意，这些器件的内置ESD保护有限，在存储或处理时，应将引脚短接在一起或把器件放在导电泡沫中，以防止MOS栅极受到静电损坏。

绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于正确使用和保护器件至关重要。LM1894的供电电压最大为20V，输入电压范围为Vpk VS/2，工作温度范围为0°C到 +70°C，存储温度范围为 - 65°C到 +150°C。不同封装的焊接温度也有相应的要求，如PDIP封装焊接（10秒）为260°C，SOIC封装气相焊接（60秒）为215°C，红外焊接（15秒）为220°C。

电气特性

在电气特性方面，文档详细列出了各种参数。例如，在VS = 8V，TA = 25°C，VIN = 300mV at 1kHz的条件下，其工作供电范围为4.5 - 18V，供电电流典型值为17mA。在主信号路径中，电压增益、直流输出电压、通道平衡等参数都有明确的数值范围。在控制信号路径中，求和放大器电压增益、增益放大器输入阻抗等参数也为我们设计电路提供了重要依据。

典型性能特性

通过一系列的图表（Figure 2 - Figure 10），我们可以直观地了解LM1894的典型性能特性。例如，供电电流与供电电压的关系、电源抑制比与频率的关系、通道分离度与频率的关系等。这些图表有助于我们在不同的应用场景中，根据实际需求选择合适的工作参数。

外部组件指南

文档还给出了外部组件的详细指南，包括每个组件的取值和用途。例如，C1可用于电源或抑制电源振荡，C2和C13用于阻隔直流，C14可改善电源抑制等。不同组件的合理选择和使用对于实现LM1894的最佳性能至关重要。

电路操作原理

LM1894有主信号路径和带宽控制路径两条信号路径。主路径是一个音频低通滤波器，由可变电流的gm块和配置为积分器的运算放大器组成。控制路径的目的是生成一个带宽控制信号，该信号能复制人耳在有音调时对噪声的敏感度。通过左右声道相加、电阻分压、增益放大和峰值检测等操作，最终将电压转换为成比例的电流输入到gm块中，实现带宽的控制。

心理声学基础

该动态降噪系统基于心理声学的三个原理工作。一是白噪声可以掩蔽纯音，在一定范围内，掩蔽噪声的带宽越宽，所需的噪声幅度越低；二是人耳在小于1ms的时间内无法检测到失真，因此足够能量的信号能在小于1ms内将带宽打开到最大值的90%，而将带宽降低到最小值的10%大约需要60ms；三是降低音频带宽可以降低噪声的可听性，该系统通过低通滤波来减少2kHz到20kHz的噪声。

三、应用提示

位置与灵敏度调整

在应用中，DNR系统应始终放在音调与音量控制之前，以避免这些控制调整影响DNR控制路径所看到的本底噪声。灵敏度电阻R1和R2可能需要根据不同信号源（如磁带、FM、唱机）的本底噪声进行切换。可以通过观察引脚10的电容电压或使用特定电路（Figure 14）来调整R1和R2的值。

带宽调整

要改变带宽的最小值和最大值，可以对积分电容C3和C12进行缩放。因为带宽与电容成反比，所以改变电容值可以改变带宽范围。此外，还可以使用双刀双掷开关完全绕过DNR。

攻击与衰减时间调整

引脚10上的电容与内部电阻共同设置攻击和衰减时间。可以通过改变C10的大小来改变攻击时间，通过与C10并联电阻来减少衰减时间，增加C10的值来增加衰减时间。

降噪测量

在测量DNR系统的降噪量时，磁带的频率响应应在10kHz内保持平坦。使用典型的信噪比测量电路（Figure 15），将DNR系统从最大带宽切换到标称带宽，测量噪声的减少量，即为信噪比的改善。

四、总结

LM1894动态降噪系统以其出色的特性、广泛的应用场景和详细的技术支持，为电子工程师在音频播放系统的设计中提供了一个优秀的选择。通过深入理解其技术细节和应用提示，我们可以更好地发挥其性能，为用户带来更优质的音频体验。你在使用LM1894或其他降噪系统时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。