【音频开发】一款适合音频DAC的有源滤波电路

2025-04-07 11:19:31 星期一

该电路显示了适用于音频数模转换器 (DAC) 应用的二阶有源滤波器的实现。

在汽车音响主机、家庭影院条形音箱和 AV 接收器之类的应用中，在可闻范围内（约 20Hz 至 22kHz）最大程度地减小不良噪声至关重要。

1. DAC输出为什么需要滤波？
许多 Δ-Σ 类型的音频 DAC 实现了噪声整形技术，这种技术可以强制可闻范围内的 DAC 输出侧在过采样功能所产生的噪声，该过程称为“噪声整形”，而实际噪声称为“带外噪音”。

许多常见的音频 DAC（如 PCM1753-Q1）都具有噪声整形功能，可将带外噪声强制实现为大约数字源的采样率 fS 50%。

尽管该噪声通常被认为是不可闻的，但它可能对音频 DAC 输出端的放大器电路产生不利影响。

例如，该带外噪声可能被在更高频率下工作的 D 类放大器混叠回到可闻范围内。

此外，如果未实现滤波，那么该噪声也会经历与输出放大器相同的模拟增益。

与简单的一阶 RC 滤波器相比，利用二阶有源滤波器设计可以实现更接近可闻频带的更高水平的噪声衰减。

此外，由于滤波器中运算放大器的输出驱动能力，它允许系统音频输出的阻抗和电流驱动比音频 DAC 所能提供更低的阻抗和更强的电流驱动。

2. 设计说明

必须注意的是，设计的 fC 针对至少为 44.1kHz 的采样率（这在音频系统中很常见）进行了优化。fC 应约为采样率的 50%，以衰减来自 Δ-Σ 调制器的带外噪声。如果使用了更高频率的采样率，请在频域中进一步向外移动截止频率，以允许来自音频 DAC 的更宽带宽。
并非所有音频 DAC 都需要二阶有源滤波器。某些音频 DAC 具有不同的噪声整形架构，可使带外噪声更加远离可闻范围，这意味着简单的 RC 滤波器可能足以衰减不需要的噪声。
大多数音频系统都具有直流阻断电容器，以允许音频输出以接地为参考中心。在该设计中，将阻断电容器直接放在 DAC 的输出端，但由于放大器也会有一些小的偏移，因此电容器通常直接放置在滤波器的输出端，或者放置在有源滤波器所连接的放大器或耳机驱动器的输入端。

3. 二阶有源滤波器电路介绍及计算
3.1 二阶反相滤波器