ST AN2583 Application note
AN2583
应用手册
理解和使用带有音频的
M41T00AUD 实时时钟
产品介绍
事实表明许多 ST 串行 RTC 中的方波产生器可用来作为发声器，多年以来， ST 的实时时钟
被用于打印 - 传真扫描一体机中。在这些应用中，方波输出用来产生这些一体机 （AIO）的
按键被按下时或错误出现时发出的嘟嘟声。
这一嘟嘟声信号驱动放大器电路，而此电路又驱动扬声器。同时，其他来自于 AIO 的声音源
也会传输到扬声器，与方波信号叠加一起进入到放大器中。声音源中有一个是电话线。当传
真机在拨号或建立连接时就能够听得见。
另外，控制放大器增益以及限制音频信号的带宽是非常必要的，因此就需要采取某些音量控
制和滤波。
因此， ST 开发出将实时时钟和音频结合为一体的 M41T00AUD。参见
钟在 ST 的 M41T00 基础之上有了进一步加强，如为备份电容充电的涓流充电电路，及用于
精确控制备份电池切换阈值的电压基准。
音频部分从一个输入放大器开始，用于叠加不同幅度的多个信号。然后是一个 8 kHz 的低通
滤波器，接着是一个 16 步，每步 3 dB 数字控制的增益级。最后，输出部分是一个桥接放大
器，能够输出 300 mW 到 8 Ω的负载 （V
因此， M41T00AUD 这一高集成电路，成为将高性能和低成本作为主要要求的一体机应用和
其他消费类电子产品的理想选择。
为 3.3 V 时） 。
CC
第2页图
1，这一时
2007 年 12 月 Rev 1 1/18
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典型应用 AN2583
AU T OM A TIC
B A TTE R Y
SWITCHOVER
& DESELEC T
V
CC
2
I 2 C
(SDA,
SCL)
I 2 C
V
DD
32KHz
OSCIL L A T OR
400kHz I 2 C
INTER F ACE
OSCI
OSCO
uC
M41T00AUD
HOURS
D A TE
D A Y
MONTH
YEAR
SECS
MINS
CENTU R Y BITS
CALIBR A TION
REFERENCE
V
PFD
=2.80V
OSCIL L A T OR
F AI L DETEC T
OU T
IRQ/FT/OU T
TRICKLE
CHARGE
V
IN T
V
BACK
V
DD
256/512Hz
AUDIO
LPF
ADJ
GAIN
AIN
AOUT+
AOUT –
V
SS
V
BIAS
WRITE
PROTEC T
FBK
Audio-in
ai13927
V
DD
2
1 典型应用
图 1. M41T00AUD 结构框图
2/18
AN2583 典型应用
uC
PWM / DAC
TONE
GENERATOR
Fax
Chipset
MODEM
Phone
Line
LPF
ADJ
GAIN
AOUT+
AOUT–
M41T00AUD Audio section
R
i1
R
i2
R
f
RTC Timing
Chain
256/512Hz
C
ai13928
在典型的 AIO 应用中，系统微控制器以及连接到电话线的传真芯片组中都包含有音频源。这
些音频信号在输入放大器中叠加，然后和内部产生的 256/512 Hz 铃音共同驱动滤波器 （如
图
2 所示）。
图 2. M41T00AUD 应用举例
输入电阻 R
和反馈电阻 Rf控制器件的增益。通过改变对应的输入电阻，每个输入都可以不
in
同增益叠加，这样可使不同幅度的信号被归一化。
输入电容 C 可以用来隔断进入器件的直流电平。 M41T00AUD 使用单电源，其内部中点为
V
/2 而不是地。因此，当音频信号直接与 M41T00AUD 相连时，输入信号的支流偏置应为
DD
V
/2。否则，输入信号与 M41T00AUD 之间必须通过电容耦合相连接，并阻止低频信号。
DD
当 R
in = 20 kΩ 且 C = 0.1 uF 时，低于约 80 Hz 的信号将被削弱。
输入放大器之后为带宽 8 kHz 的低通滤波器。和输入电容一起，组成一个 80 Hz 到 8 kHz 的
带通滤波器。
同时来自于 RTC 时钟链的 256/512 Hz 信号也输入到低通滤波器。软件控制这一信号是否能
进入低通滤波器以及两个中的哪一个频率被选中。软件也控制增益值。静音位能够被置位来
关闭所有的声音。而 4 位的现场增益控制允许用户以每步 3 dB 在 –33 dB 和 +12 dB 之间选
择增益。
M41T00AUD 的输出为一个桥接放大器，能够拉 / 灌电流 300 mA 以上。V
= 3.3 V 时，它能
CC
够输出 300 mW 以上的功率到一个 8 Ω 的扬声器。
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音频特性 AN2583
Ideal output is simply a linear scale
of the input.
Asymmetric nature of waveforms
due to imperfect symmetry of
complementary P and N transistors
Reshaping of waveforms due to
non-linear nature of transistors
Crossover distortion because
switchover from P to N channel
drivers does not occur perfectly
0
V
DD
/ 2
V
DD
V
IN
0
V
DD
/ 2
V
DD
V
OUT
0
V
DD
/ 2
V
DD
V
OUT
IDEAL
WITH
DIST OR TION
T
f 0 =
1
T
ai13929
2 音频特性
放大器电路的特性可在几个参数上体现。其中包括增益值，总谐波失真，电源抑制比，及输
出功率。以下是这些特性的简略介绍。
2.1 谐波失真
理想情况下，音频放大器的输出是输入的线性再现；输出只在幅度上改变， 在其他方面都相
同。
图 3. 理想与非理想波形图
现实中，多个因素一起使波形失真，导致输出谐波增加。如
性，因此出现一些波形整形。这一现象对称发生，导致奇次谐波的增加。
如果，一个驱动晶体管开启和另一个关闭的交越点不是最佳点，将会产生交越失真，如
所示 （结果被夸大）。这也导致奇次谐波增加。
互补输出晶体管不对称会引起波形的上半部分和下半部分不对称，从而导致偶次谐波。
结果为放大器输出中包含输入中不存在的失真信号。
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图
4 所示。放大器并不是完全线
图
3
AN2583 音频特性
ai13930
0
f
(V
OUT
)
V
OUT ,
FUNDAMENT AL
f
0
2f
0
3f
0
4f 0 5f
0
6f
0
7f
0
F
V
OUT
ODD HARMONICS
V
OUT
EVEN HARMONICS
0
f
(P
OUT
)
f
0
2f
0
3f
0
4f
0
5f 0 6f
0
7f
0
F
P
1
P
2
P
3
P
4
P
5
P
6
P
7
ai13931
1
765432
P
P
PPPPPP
frequency lfundamenta ofpower
powers harmonic
THD
L++++++
==
∑
图 4. 谐波
2.1.1 总谐波失真
总谐波失真 （THD）是一种放大过程的线性或纯度的度量，表明产生的失真信号有多大。一
个纯正弦波输入到放大器，并测定输出频谱。 THD 值是谐波输出功率或电压大小与基波相
比的值。
图
5 说明一个输出频谱的例子。 P1 为基波，而 P2 至 P7 为谐波。
THD 值表示输出信号中谐波所占的部分。
图 5. 功率输出频谱
有两种方法计算 THD。第一种方法将谐波功率与基频相比。
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音频特性 AN2583
0
f
(V
OUT
)
f
0
2f
0
3f
0
4f
0
5f 0 6f
0
7f
0
F
V
1
V
2
V
3
V
4
V
5
V
6
V
7
ai13932
1
2
7
2
6
2
5
2
4
2
3
2
2
2
V
V
VVVVVV
frequency lfundamenta of voltage
voltages)(harmonic
THD
L++++++
==
∑
1
2
7
2
6
2
5
2
4
2
3
2
2
1
2
7
2
6
2
5
2
4
2
3
2
2
V
V
VVVVVV
R
1
R
1
V
VVVVVV
THD
LL ++++++
⋅=
++++++
=
1
765432
1
2
7
2
6
2
5
2
4
2
3
2
2
P
PPPPPP
R
V
R
V
R
V
R
V
R
V
R
V
R
V
L
L
++++++
=
+++++
=
PV
THDTHD =
图 6. 电压输出频谱
另一种 THD 计算方法用电压相比。
由于 P 与 V2成比例，第二种方法等于第一种的平方根。
因为 THD 通常是小于 1 的数值， 而 THDV为 THDP 的平方根，因此会比 THDP 值大。
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