無(wú)濾波器D類(lèi)音頻功率放大器MAX9713/MAX9714的性能特點(diǎn)及應(yīng)用

1、概述

MAX9713/MAX9714無(wú)濾波器D類(lèi)音頻功率放大器是MAXIM公司生產(chǎn)的開(kāi)關(guān)型功率放大器的改進(jìn)產(chǎn)品，其中MAX9713是單聲道功率放大器，MAX9714是立體聲功率放大器，它們均具有AB類(lèi)功率放大器的性能和D類(lèi)功率放大器的效率，且不需要傳統(tǒng)D類(lèi)功率放大器的輸出濾波器，也不需要散熱器，因而節(jié)省了電路板面積，降低了設(shè)計(jì)成本。MAX9713/MAX9714器件采用10V～25V單電源電壓供電，靜態(tài)電流僅為18mA。在單路工作模式下，該器件可向8Ω負(fù)載輸出高達(dá)6W的功率，且效率高達(dá)85%，THD+N低于0.07%，SNR超過(guò)100dB，同時(shí)還具有短路和過(guò)熱保護(hù)功能。因而可以廣泛應(yīng)用在臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、汽車(chē)音響、LCD監(jiān)視器、投影儀和家用電視接收機(jī)等設(shè)備中。

2、 引腳功能和主要參數(shù)

2.1 引腳功能

MAX9713/MAX9714均采用32腳TQFN封裝，MAX9713的封裝尺寸為5mm×5mm，MAX9714的封裝尺寸為7mm×7mm，其引腳排列如圖1所示，各引腳的功能如下：

PGND：電源地;

VDD：電源端，電壓范圍為10～25V;

C1N：充放電電容負(fù)極;

C1P：充放電電容正極;

CHOLD：充放電容控制電容接入端，設(shè)計(jì)時(shí)可用1μF電容連接到VDD端;

N.C.：空腳;

REG：內(nèi)部調(diào)節(jié)器輸出端，應(yīng)使用0.47μF電容對(duì)地旁路;

AGND：模擬信號(hào)地;

IN+：同相輸入端;

IN-：反相輸入端;

SS：軟啟動(dòng)端，使用時(shí)應(yīng)在SS端到地GND端接0.47μF的電容;

SHDN：關(guān)機(jī)控制端，低電平有效;

G1，G2：分別為增益選擇1和2端;

FS1，F(xiàn)S2：分別為頻率選擇1和2端;

OUT-：音頻信號(hào)反相輸出端;

OUT+：音頻信號(hào)同相輸出端;

INL-：左通道反相輸入端;

INL+：左通道同相輸入端;

INR-：右通道反相輸入端;

INR+：右通道同相輸入端;

OUTR-：右通道音頻信號(hào)反相輸出端;

OUTR+：右通道音頻信號(hào)同相輸出端;

OUTL-：左通道音頻信號(hào)反相輸出端;

OUTL+：左通道音頻信號(hào)同相輸出端。

2.2 主要性能參數(shù)

MAX9713/MAX9714的主要性能參數(shù)。

3、電路原理與外圍電路設(shè)計(jì)

MAX9714的內(nèi)部原理框圖如圖2所示，與MAX9713相比，MAX9714僅多了一個(gè)放大通道，其余部分完全相同。下面以MAX9714為例，簡(jiǎn)要分析其主要單元電路的工作原理。

3.1 信號(hào)輸入電路

MAX9713/ MAX9714內(nèi)部采用全差動(dòng)輸入結(jié)構(gòu)，與多媒體數(shù)字解碼器輸出兼容，可直接相連。由于MAX9713/MAX9714采用的是差動(dòng)輸入結(jié)構(gòu)，因而可有效放大兩個(gè)輸入端的差模信號(hào)，同時(shí)也可抑制輸入信號(hào)中的共模噪聲。在有些應(yīng)用場(chǎng)合，還可設(shè)置為單端輸入方式，但此時(shí)輸入信號(hào)、公共地到兩個(gè)輸入端之間的耦合電容不能省去。

輸入電路中的電容CIN既是信號(hào)耦合電容，又可與MAX9713/MAX9714的輸入阻抗構(gòu)成高通濾波器，其電容值的大小直接影響高通濾波器下限截止頻率的高低，為了使放大器具有較好的低頻特性，CIN的電容值不能太小，一般取0.47μF較為合適。電容CIN宜選用鉭電容或鋁電解電容，耐壓值較高的陶瓷電容雖然也可以使用，但是容易引起低頻失真，所以一般不宜使用。

3.2 調(diào)制模式

MAX9713/MAX9714的調(diào)制方案有固定頻率模式FFM和擴(kuò)散頻譜模式SSM兩種。在固定頻率模式FFM下，可由FS1和FS2設(shè)定開(kāi)關(guān)頻率，其輸出信號(hào)頻譜由開(kāi)關(guān)頻率及其諧波成分組成，因此，即使開(kāi)關(guān)頻率在標(biāo)稱(chēng)值的±35%范圍內(nèi)變化，也不會(huì)影響電路對(duì)音頻信號(hào)的再現(xiàn)。

擴(kuò)散頻譜模式SSM是Maxim公司獨(dú)有的、具有專(zhuān)利技術(shù)的調(diào)制方案，可使輸出信號(hào)頻譜變得較為平坦，并能有效降低揚(yáng)聲器和連接電纜的EMI輻射 滿(mǎn)足FCC輻射標(biāo)準(zhǔn)。在SSM模式（通過(guò)置FS1=FS2=H來(lái)完成設(shè)置），開(kāi)關(guān)頻率將圍繞中心頻率（335kHz）在±1.7%kHz內(nèi)變化。雖然調(diào)制方式還是一樣，但是三角波的周期在循環(huán)變化。輸出信號(hào)頻譜則隨開(kāi)關(guān)頻率變化而變化，而對(duì)于能量譜，它們通常隨著頻率的變化分布在整個(gè)頻帶內(nèi)，這樣的頻譜看起來(lái)就像白噪聲，EMI輻射也相應(yīng)降低。

3.3 輸出電路

傳統(tǒng)的D類(lèi)音頻功率放大器為了從放大后的PWM輸出信號(hào)中還原音頻信號(hào)，往往需要一個(gè)輸出濾波器，這樣既增加了成本和放大器的尺寸，又降低了效率。MAX9713/MAX9714不需要輸出濾波器，而是利用揚(yáng)聲器內(nèi)固有的線圈電感和揚(yáng)聲器來(lái)對(duì)發(fā)聲頻率范圍內(nèi)人耳所能聽(tīng)到的聲音成份實(shí)現(xiàn)自然濾波，以達(dá)到體積更小、成本更低、效率更高的目的。這是因?yàn)椋琈AX9713/MAX9714的工作頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)大多數(shù)揚(yáng)聲器的發(fā)聲頻率范圍。由于揚(yáng)聲器音頻線圈的振動(dòng)受低頻信號(hào)的影響較大，受高頻信號(hào)的影響非常小，因此，只要采用線圈電感大于30μH的揚(yáng)聲器就能有效還原PWM輸出中的音頻信號(hào)。典型的8Ω揚(yáng)聲器的線圈電感一般在30μH到100μH之間，所以無(wú)需輸出濾波器，選用線圈電感值大于60μH的揚(yáng)聲器可達(dá)到最佳的輸出效果。

雖然MAX9713/MAX9714不需要輸出濾波器，但是在使用時(shí)必須注意：輸出端與揚(yáng)聲器之間的連接電纜長(zhǎng)度不得超過(guò)36cm。如果遇到輸出線路的長(zhǎng)度超過(guò)36cm、電路板設(shè)計(jì)不夠合理而影響輸出效果、電路附近有電磁輻射敏感設(shè)備等情況，就必須設(shè)計(jì)輸出濾波器。

3.4 開(kāi)關(guān)機(jī)噪聲抑制電路

MAX9713/MAX9714內(nèi)部具有開(kāi)關(guān)機(jī)噪聲抑制電路。在關(guān)機(jī)過(guò)程中，放大器輸出端的H型橋路通過(guò)300kΩ電阻連接到GND端，輸出端沒(méi)有能聽(tīng)到的噪聲信號(hào)輸出。在開(kāi)機(jī)過(guò)程中，輸入放大器內(nèi)部偏置電壓被設(shè)置為較低的值，輸入放大器不工作，從而可以達(dá)到靜音、防止噪聲輸出的目的。開(kāi)機(jī)后，隨著軟啟動(dòng)電容器兩端電壓的逐漸增加，輸入放大器內(nèi)部偏置電壓會(huì)逐步達(dá)到正常值，電路開(kāi)始進(jìn)入正常工作狀態(tài)。由于電容CSS值會(huì)影響開(kāi)機(jī)靜噪時(shí)間的長(zhǎng)短，為了達(dá)到最佳的靜噪性能，電容CSS的取值最小應(yīng)該達(dá)到180nF。

4、應(yīng)用電路

采用MAX9714與MAX9722B設(shè)計(jì)的多功能高效率立體聲音箱放大器。該電路既可以用揚(yáng)聲器進(jìn)行大功率立體聲信號(hào)輸出，也可以連接耳機(jī)以滿(mǎn)足個(gè)人欣賞音樂(lè)之需，而且兩種輸出方式不同時(shí)工作，互不影響。圖中，CODEC為音頻信號(hào)輸入端，當(dāng)耳機(jī)插孔沒(méi)有插入耳機(jī)時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管柵極和MAX9722B的SHDN端均為低電平，MAX9714正常工作而MAX9722B處于停機(jī)狀態(tài)。當(dāng)耳機(jī)插入耳機(jī)插孔后，場(chǎng)效應(yīng)管柵極和MAX9722B的SHDN端均為高電平，場(chǎng)效應(yīng)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，SS端為低電平，MAX9714處于非啟動(dòng)狀態(tài)而無(wú)功率輸出，而此時(shí)MAX9722B則處于正常工作狀態(tài)，電路將從耳機(jī)插孔輸出經(jīng)放大的音頻信號(hào)。

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