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引言
音频卡嗒和爆裂(Click and pop)声是产生于扬声器和耳机中的不良噪声。发生的原因是由于瞬时电流脉冲注入扬声器的线圈中，瞬间将扬声器锥体移入和移出，进而产生click和pop声。此种click和pop噪声听在人耳中会让人觉得不舒服和愤怒。当音频来源的供电较多或较少时，或是当音频信号为静音或被多任务处理至不同的负载时，便可能产生此种click和pop噪声。这些情况会产生一个瞬时脉冲，透过扬声器负载放电，于是便引发不良的click和pop声响。
随着笔记本电脑、移动电话，以及像是MP3播放器此类便携式多媒体装置，为求延长电池寿命而有多种省电设定(例如待机、休眠、睡眠模式等)，以及USB的整合，或多种音频来源的切换等，导致此种click和pop瞬时(transients)的出现也愈发明显。此篇文章将说明click和pop瞬时如何产生以及如何测量。它呈现了click和pop噪声的客观和主观特性。此篇文章并将介绍减少此种瞬时以消除click和pop杂声的方法准则。此篇文章还会针对各种消除click和pop的技术效能进行比较，并在某些设计中以Intersil的新部件做为范例说明。
click和Pop噪声来源
Click和Pop瞬时的一些常见原因包括：
·电源供应瞬时
·DC输入瞬时
·音频驱动器偏移电压(Offset Voltage)
1.电源供应瞬时
当某个音频部件的DC电源供应瞬时开启或关闭，则肇因于电源供应电压变化的变化速率，扬声器或耳机的电压可能会出现跳电的现象。虽然电源分流电容器有助于降低部件供电接脚的噪声尖峰，不过还有另一种技术能进一步减少供电源接脚的瞬时，此技术是在V+接脚建立一个低通滤波器(low pass filter；LPF)，如图1所示。
将一个串联电组RSeries放在Vbattery供电和IC的V+接脚间，以打造一个具有解耦电容Cin的LPF。此种解决方案非常有效，因为Intersil的音频切换IC所需要的电流低于或等于10μA，因此当大小适当时，串联电组的电压降(Voltage drop)几乎是微不足道的。这个LPF会将DC供应电压在短时间内的快速变化，转换为IC供电接脚处较慢的电压变化。此种较慢的电压变化会将传至切换开关的电源供应瞬时降至最低，并消除任何传至开关输出端的电荷注入，以避免负载部分产生click和pop噪声。
2.DC输入瞬时
图2为驱动32Ω的单一供电音频放大器的简化布局图，适用于多种便携式媒体播放器。此音频放大器输出信号，其DC偏压为系统供应电压一半，如此让整个音频信号可朝正向和负向摆动。220μF DC阻隔电容能除去来自耳机负载的DC偏压。220μF电容和32Ω负载阻抗会形成一个高通滤波器(HPF)，这个HPF带有将近22Hz的转角频率(corner frequency)，能通过整个音频频宽。
图3显示当音频放大器用电变化时，整个耳机所出现的瞬时电压波形。当音频放大器DC偏压加大(例如离开睡眠模式)或是变小(例如进入睡眠模式)时，由于电容dv/dt原则，则电容的VLoad节点会产生瞬间的电压变化。由于此负载具有通至接地的路径，因此它会将此电容放电至零伏。发生于整个负载的DC电压的突然变化，会导致扬声器锥体随着瞬时脉冲电流移动，进而造成click和pop噪声。
3.音频驱动器DC偏移电压
图4所显示的应用中，其音频驱动器输出级并不需要DC阻隔电容器，因为其中没有DC偏压。此种应用一般采用双供电音频驱动器，或是具有负向摆动能力的单一供电音频驱动器。此音频驱动器的运算放大器(op-amp)可以拥有一个范围在+/-10mV～+/-20 mV问的DC偏移电压。由于不具有DC阻隔电容，因此当开关开启时，此偏移电压会直接耦合至扬声器负载(或当关闭时会解耦合)。此种偏移电压会大到足以在扬声器内造成click或pop噪声。
click和Pop特性
到现在为止，我们所讨论的都是关于click和pop噪声的来源。在这个部分，我们则将分析click和pop瞬时的波形。各种前置放大器、扬声器和耳机负载的click和pop瞬时的特性发生于正常(一般、周遭)的聆听环境中。测试的进行，则是将扬声器置于距离听者耳朵6英寸处，并正常使用耳机。以下的结果显示当负载同时出现下述情况时，便会产生可听见的click和noise噪声：针对32Ω耳机：
1.大于6.35V/s的脉冲变化速率。
2.大于0.6us的脉冲宽度。
3.大于2mV的脉冲幅度。
针对10kΩ输入阻抗前置放大器，增益设定为10，驱动4Ω扬声器：
1.大于25V/s的脉冲变化速率。
2.大干0.6us的脉冲宽度。
3.大于10mV的脉冲幅度。
针对20kΩ输入阻抗前置放大器，增益设定为10，驱动8Ω扬声器：
1.大于2零伏／s的脉冲变化速率。
2.大于0.6us的脉冲宽度。
3.大于10mV的脉冲幅度。
藉由降低瞬时脉冲的变化速率、宽度，或幅度至上述的门坎以下，则可将click和pop噪声减轻至听不见的程度。针对消除不同负载上的click和pop噪声，Intersil已发展出一种标准。此标准如表1所示。然而，是否听得见click和pop噪声是高度主观的，且必需视各种因素而定，例如：扬声器的敏感度、耳朵的敏感度，以及聆听环境周遭噪音的大小。因此表1仅是提供指导之用，并不表示可绝对消除click和pop噪声。
一定要注意的是，当脉冲持续时间超过10ms左右时，则每一种脉冲的状态(例如上升或下降)都会发生“click”或“pop”。针对介于0.6μs～10ms的瞬时脉冲宽度，click和pop的发生是如此接近，听起来颇为一致。针对表1中的每一种情况，必需减少幅度以消除click和pop噪声，其以dB表示，并基于50％的音频放大器供应电压偏移的脉冲幅度，如表2所示：减少click和Pop的技术
在Switch/MUX产品线中，我们可以使用各种不同技巧消除click和pop噪声。选择使用何种技术必需根据是否需使用DC阻隔电容来决定。以下将说明用于Intersil模拟开关中的两种技术。
1.Click和Pop分流网络
模拟开关使用正直流电源输入至其电源接脚，音源输入的交流信号可经由负载传送至接地。此种设计的优点之一，便是相对于将DC阻隔电容器放在开关和负载之间，现在则可将其放在音频驱动器和开关之间。藉由此种架构，连至接地的低阻抗分流电阻能被整合进开关中，当音频驱动器开启或关闭时，便能对DC阻 隔电容进行放电。例如，由关闭状态进入用电状态时，SPDT开关的结构将如图5。当音频驱动器电压上升时，分流电阻将会放电开关输入节点至接地。提供适当的RC时间延迟将开关输入放电至零伏，则可在不发生click和pop瞬时的情况下，将开关连接至32Ω耳机负载。
图6显示未使用click和pop电路的ISL54406输入和输出波形。当音频驱动器开启，则整个DC阻隔电容的瞬时电压会直接耦合至开关输出。扬声器对于开关输入上可见的DC瞬时进行放电，会引发click和pop噪声。
在图7中，ISL54406的click和pop分流电路为启用状态。在开启开关，将音频驱动器连接至扬声器负载之前，会提供足够的100ms延迟时间将开关输入放电至零伏。当开关在时间延迟之后被开启，我们可以发现整个负载的瞬时电压几乎是微不足道的，如此一来便能消除click和pop噪声。
2.软启动开关
对便携式应用而言，尺寸的缩小是非常优先的考虑，因此可采用能支持输出交流的单电源驱动器以消除DC阻隔电容。由于音频驱动器运算放大器DC偏移电压的范围介于+/-10mV～+/-20mV之间，因此即使是不需要阻隔电容的音频驱动器仍然会有click和pop的问题。没有电容可除去DC偏移电压，此开关在切换时，会将偏移电压耦合至负载。
解决此问题的方法之一为逐步地将开关由关闭切换至开启电阻，如此一来，负载电压的变化速率(V/sec)将变慢，慢到不足以造成click和pop噪声。在藉由实时调整开关的变换来启动开关时，软启动开关能逐步地减少开关电阻。当来源正在开启时，此种电阻值的逐渐变化会创造出位于负载的时变分压器(time varying voltage divider)。在负载中，符合表1所订定的变化速率将能消除肇因于DC偏移电压的click和pop噪声。
图8的重点为结合了软件激活(Soft Start)开关的ISL54405。其采用一个外部软启动开关以改变开关启动时间，如此能限制开关输出的变化速率。图9和10显示未使用软启动的ISL54405。在开关输出端有一个20mY DC信号，欲开启开关便需产生一个逐渐上升的输出，其变化速率需在100零伏／s以上。图11显示采用软启动的ISL54405。藉由软启动，其开关输出的开启变化速率现在可低于5V/s，此可符合表1中所列出的Click和Pop消除标准。
结论
在音频应用中，click和pop噪声是很令人困扰的，不过也有许多技术可以消除此种瞬时。若click和pop瞬时的特性能被削弱至符合表1的标准，则click和pop便能被消除。具有整合型click和pop消除功能的Intersil模拟开关可以实现高效能音频信号路径，同时还能将板子空间和功耗降至最低。
音频卡嗒和爆裂(Click and pop)声是产生于扬声器和耳机中的不良噪声。发生的原因是由于瞬时电流脉冲注入扬声器的线圈中，瞬间将扬声器锥体移入和移出，进而产生click和pop声。此种click和pop噪声听在人耳中会让人觉得不舒服和愤怒。当音频来源的供电较多或较少时，或是当音频信号为静音或被多任务处理至不同的负载时，便可能产生此种click和pop噪声。这些情况会产生一个瞬时脉冲，透过扬声器负载放电，于是便引发不良的click和pop声响。
随着笔记本电脑、移动电话，以及像是MP3播放器此类便携式多媒体装置，为求延长电池寿命而有多种省电设定(例如待机、休眠、睡眠模式等)，以及USB的整合，或多种音频来源的切换等，导致此种click和pop瞬时(transients)的出现也愈发明显。此篇文章将说明click和pop瞬时如何产生以及如何测量。它呈现了click和pop噪声的客观和主观特性。此篇文章并将介绍减少此种瞬时以消除click和pop杂声的方法准则。此篇文章还会针对各种消除click和pop的技术效能进行比较，并在某些设计中以Intersil的新部件做为范例说明。
click和Pop噪声来源
Click和Pop瞬时的一些常见原因包括：
·电源供应瞬时
·DC输入瞬时
·音频驱动器偏移电压(Offset Voltage)
1.电源供应瞬时
当某个音频部件的DC电源供应瞬时开启或关闭，则肇因于电源供应电压变化的变化速率，扬声器或耳机的电压可能会出现跳电的现象。虽然电源分流电容器有助于降低部件供电接脚的噪声尖峰，不过还有另一种技术能进一步减少供电源接脚的瞬时，此技术是在V+接脚建立一个低通滤波器(low pass filter；LPF)，如图1所示。
将一个串联电组RSeries放在Vbattery供电和IC的V+接脚间，以打造一个具有解耦电容Cin的LPF。此种解决方案非常有效，因为Intersil的音频切换IC所需要的电流低于或等于10μA，因此当大小适当时，串联电组的电压降(Voltage drop)几乎是微不足道的。这个LPF会将DC供应电压在短时间内的快速变化，转换为IC供电接脚处较慢的电压变化。此种较慢的电压变化会将传至切换开关的电源供应瞬时降至最低，并消除任何传至开关输出端的电荷注入，以避免负载部分产生click和pop噪声。
2.DC输入瞬时
图2为驱动32Ω的单一供电音频放大器的简化布局图，适用于多种便携式媒体播放器。此音频放大器输出信号，其DC偏压为系统供应电压一半，如此让整个音频信号可朝正向和负向摆动。220μF DC阻隔电容能除去来自耳机负载的DC偏压。220μF电容和32Ω负载阻抗会形成一个高通滤波器(HPF)，这个HPF带有将近22Hz的转角频率(corner frequency)，能通过整个音频频宽。
图3显示当音频放大器用电变化时，整个耳机所出现的瞬时电压波形。当音频放大器DC偏压加大(例如离开睡眠模式)或是变小(例如进入睡眠模式)时，由于电容dv/dt原则，则电容的VLoad节点会产生瞬间的电压变化。由于此负载具有通至接地的路径，因此它会将此电容放电至零伏。发生于整个负载的DC电压的突然变化，会导致扬声器锥体随着瞬时脉冲电流移动，进而造成click和pop噪声。
3.音频驱动器DC偏移电压
图4所显示的应用中，其音频驱动器输出级并不需要DC阻隔电容器，因为其中没有DC偏压。此种应用一般采用双供电音频驱动器，或是具有负向摆动能力的单一供电音频驱动器。此音频驱动器的运算放大器(op-amp)可以拥有一个范围在+/-10mV～+/-20 mV问的DC偏移电压。由于不具有DC阻隔电容，因此当开关开启时，此偏移电压会直接耦合至扬声器负载(或当关闭时会解耦合)。此种偏移电压会大到足以在扬声器内造成click或pop噪声。
click和Pop特性
到现在为止，我们所讨论的都是关于click和pop噪声的来源。在这个部分，我们则将分析click和pop瞬时的波形。各种前置放大器、扬声器和耳机负载的click和pop瞬时的特性发生于正常(一般、周遭)的聆听环境中。测试的进行，则是将扬声器置于距离听者耳朵6英寸处，并正常使用耳机。以下的结果显示当负载同时出现下述情况时，便会产生可听见的click和noise噪声：针对32Ω耳机：
1.大于6.35V/s的脉冲变化速率。
2.大于0.6us的脉冲宽度。
3.大于2mV的脉冲幅度。
针对10kΩ输入阻抗前置放大器，增益设定为10，驱动4Ω扬声器：
1.大于25V/s的脉冲变化速率。
2.大干0.6us的脉冲宽度。
3.大于10mV的脉冲幅度。
针对20kΩ输入阻抗前置放大器，增益设定为10，驱动8Ω扬声器：
1.大于2零伏／s的脉冲变化速率。
2.大于0.6us的脉冲宽度。
3.大于10mV的脉冲幅度。
藉由降低瞬时脉冲的变化速率、宽度，或幅度至上述的门坎以下，则可将click和pop噪声减轻至听不见的程度。针对消除不同负载上的click和pop噪声，Intersil已发展出一种标准。此标准如表1所示。然而，是否听得见click和pop噪声是高度主观的，且必需视各种因素而定，例如：扬声器的敏感度、耳朵的敏感度，以及聆听环境周遭噪音的大小。因此表1仅是提供指导之用，并不表示可绝对消除click和pop噪声。
一定要注意的是，当脉冲持续时间超过10ms左右时，则每一种脉冲的状态(例如上升或下降)都会发生“click”或“pop”。针对介于0.6μs～10ms的瞬时脉冲宽度，click和pop的发生是如此接近，听起来颇为一致。针对表1中的每一种情况，必需减少幅度以消除click和pop噪声，其以dB表示，并基于50％的音频放大器供应电压偏移的脉冲幅度，如表2所示：减少click和Pop的技术
在Switch/MUX产品线中，我们可以使用各种不同技巧消除click和pop噪声。选择使用何种技术必需根据是否需使用DC阻隔电容来决定。以下将说明用于Intersil模拟开关中的两种技术。
1.Click和Pop分流网络
模拟开关使用正直流电源输入至其电源接脚，音源输入的交流信号可经由负载传送至接地。此种设计的优点之一，便是相对于将DC阻隔电容器放在开关和负载之间，现在则可将其放在音频驱动器和开关之间。藉由此种架构，连至接地的低阻抗分流电阻能被整合进开关中，当音频驱动器开启或关闭时，便能对DC阻 隔电容进行放电。例如，由关闭状态进入用电状态时，SPDT开关的结构将如图5。当音频驱动器电压上升时，分流电阻将会放电开关输入节点至接地。提供适当的RC时间延迟将开关输入放电至零伏，则可在不发生click和pop瞬时的情况下，将开关连接至32Ω耳机负载。
图6显示未使用click和pop电路的ISL54406输入和输出波形。当音频驱动器开启，则整个DC阻隔电容的瞬时电压会直接耦合至开关输出。扬声器对于开关输入上可见的DC瞬时进行放电，会引发click和pop噪声。
在图7中，ISL54406的click和pop分流电路为启用状态。在开启开关，将音频驱动器连接至扬声器负载之前，会提供足够的100ms延迟时间将开关输入放电至零伏。当开关在时间延迟之后被开启，我们可以发现整个负载的瞬时电压几乎是微不足道的，如此一来便能消除click和pop噪声。
2.软启动开关
对便携式应用而言，尺寸的缩小是非常优先的考虑，因此可采用能支持输出交流的单电源驱动器以消除DC阻隔电容。由于音频驱动器运算放大器DC偏移电压的范围介于+/-10mV～+/-20mV之间，因此即使是不需要阻隔电容的音频驱动器仍然会有click和pop的问题。没有电容可除去DC偏移电压，此开关在切换时，会将偏移电压耦合至负载。
解决此问题的方法之一为逐步地将开关由关闭切换至开启电阻，如此一来，负载电压的变化速率(V/sec)将变慢，慢到不足以造成click和pop噪声。在藉由实时调整开关的变换来启动开关时，软启动开关能逐步地减少开关电阻。当来源正在开启时，此种电阻值的逐渐变化会创造出位于负载的时变分压器(time varying voltage divider)。在负载中，符合表1所订定的变化速率将能消除肇因于DC偏移电压的click和pop噪声。
图8的重点为结合了软件激活(Soft Start)开关的ISL54405。其采用一个外部软启动开关以改变开关启动时间，如此能限制开关输出的变化速率。图9和10显示未使用软启动的ISL54405。在开关输出端有一个20mY DC信号，欲开启开关便需产生一个逐渐上升的输出，其变化速率需在100零伏／s以上。图11显示采用软启动的ISL54405。藉由软启动，其开关输出的开启变化速率现在可低于5V/s，此可符合表1中所列出的Click和Pop消除标准。
结论
在音频应用中，click和pop噪声是很令人困扰的，不过也有许多技术可以消除此种瞬时。若click和pop瞬时的特性能被削弱至符合表1的标准，则click和pop便能被消除。具有整合型click和pop消除功能的Intersil模拟开关可以实现高效能音频信号路径，同时还能将板子空间和功耗降至最低。