用于MP3播放器塢站的D類(lèi)、2.1聲道音頻放大器參考設(shè)計(jì)

主要設(shè)計(jì)特性

完備的一體化設(shè)計(jì)

12V至20V直流電源供電

利用小音箱提供較高的SPL輸出

高效率的D類(lèi)設(shè)計(jì)

有源EQ，包括動(dòng)態(tài)低音均衡

高性?xún)r(jià)比驅(qū)動(dòng)器提供出色的音質(zhì)

設(shè)計(jì)詳細(xì)說(shuō)明

該參考設(shè)計(jì)安裝在一個(gè)精心設(shè)計(jì)的盒子內(nèi)，包含了所有電子元器件和揚(yáng)聲器。整個(gè)系統(tǒng)只需要一個(gè)外部電源和信號(hào)源。

兩個(gè)2英寸揚(yáng)聲器用于左、右聲道，一個(gè)5英寸揚(yáng)聲器用于重低音。一片MAX98400A工作在立體聲模式，用于驅(qū)動(dòng)左/右聲道；另一片MAX98400A工作在單聲道模式，用于驅(qū)動(dòng)重低音聲道。以下分兩部分詳細(xì)介紹該方案：電路部分和揚(yáng)聲器/機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。

電路說(shuō)明

該參考設(shè)計(jì)的電路分兩部分：左/右聲道和重低音聲道。每部分包括三級(jí)電路：輸入級(jí)、EQ級(jí)和功率級(jí)，如圖1所示。.

圖1. MAX98400 D類(lèi)音頻放大器電路框圖，設(shè)計(jì)包括輸入級(jí)、EQ級(jí)和功率級(jí)。

輸入級(jí)

左/右聲道和重低音聲道的輸入級(jí)相同。立體聲、對(duì)數(shù)抽頭電位器用作音量控制，用于調(diào)節(jié)前置放大器的信號(hào)。為避免地回路干擾，輸入級(jí)采用差分形式，RCA輸入連接器沒(méi)有直接連接到系統(tǒng)地。利用一個(gè)100Ω電阻降低共模電壓；U3-A和U3-D (如以下原理圖所示)提供2倍增益并將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端輸出。輸入級(jí)的輸出以VREF為參考，該電壓是功率放大器U2的參考電壓，利用U100-A進(jìn)行緩沖。.

EQ級(jí)

輸入級(jí)之后，左、右聲道信號(hào)進(jìn)入兩級(jí)參量EQ電路，電路分別位于U3-B (左聲道)和U3-C (右聲道)附近。每路參量EQ使用一個(gè)運(yùn)放回轉(zhuǎn)器模擬LC串聯(lián)諧振電路中的電感。串聯(lián)電路有兩個(gè)接入點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)衰減或放大，這些接入點(diǎn)通過(guò)兩個(gè)不同的電容實(shí)現(xiàn)。例如，C105和C106是左聲道的第一級(jí)參量EQ，是左聲道的提升和衰減節(jié)點(diǎn)。如果只使用C106 (沒(méi)有連接C105)，諧振電路與串聯(lián)電阻R105 (10kΩ)組成一個(gè)分壓器，對(duì)諧振頻率信號(hào)進(jìn)行衰減。相反，如果只使用C105，則降低反饋，使諧振頻率信號(hào)提升。如果兩個(gè)電容都不使用，則該部分電路禁用。

諧振頻率f0由下式計(jì)算：

f0 = 1/(2 × π × √(L0 × C0))

其中:

L0 = R108 × C107 × R107

C0 = C105

And the Q is:

Q0 = √(L0/(C0 × R02))

通過(guò)加入第三級(jí)EQ電路可實(shí)現(xiàn)傾斜型濾波，只需要RC元件即可：一個(gè)電容(C113用于提升；C114用于衰減)和一個(gè)電阻(R111)。

該參考設(shè)計(jì)中，利用U100-B和U100-C運(yùn)放為左/右聲道構(gòu)建2階高通濾波器。

功率級(jí)

該設(shè)計(jì)提供了三個(gè)通道的揚(yáng)聲器功率放大器。MAX98400A用于立體聲模式，驅(qū)動(dòng)左、右聲道揚(yáng)聲器，能夠?yàn)?Ω揚(yáng)聲器提供2 × 20W功率。MAX98400A配置為單聲道模式，用于第三個(gè)聲道，驅(qū)動(dòng)重低音放大器。

在單聲道模式，MAX98400A的兩個(gè)D類(lèi)放大器輸出并聯(lián)，可提供更大的輸出功率。單聲道重低音能夠?yàn)?Ω揚(yáng)聲器提供44W功率(VDD = 18V)。重低音聲道的輸入級(jí)與左/右聲道的輸入級(jí)相同。輸入級(jí)之后，左、右聲道信號(hào)通過(guò)U5-B疊加，提供單聲道重低音揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)。R303在疊加放大器設(shè)置重低音揚(yáng)聲器的增益。

為了將平坦的頻響特性擴(kuò)展到極低頻率，系統(tǒng)為重低音揚(yáng)聲器提供了6階濾波電路。該方案在開(kāi)孔揚(yáng)聲器4階高通頻響的基礎(chǔ)上增加了2階有源高通濾波器。U5-B為重低音揚(yáng)聲器提供同相Sallen-Key 2階高通濾波。

該系統(tǒng)需要高Q值，在40Hz頻點(diǎn)有13dB提升(圖2)。為了避免揚(yáng)聲器和放大器過(guò)載，配置Sallen-Key濾波器實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)高通濾波；濾波器在放大器輸出達(dá)到最大值時(shí)會(huì)動(dòng)態(tài)調(diào)整。輸入電阻R305可自動(dòng)降低(用光耦FET，U7)，從而使濾波器Q值降至0.5以下，即沒(méi)有提升。

重低音揚(yáng)聲器放大器U2的輸出峰值電壓控制光耦FET的輸入信號(hào)。D6和C16組成峰值檢測(cè)器，能夠快速檢測(cè)輸出峰值電壓。峰值檢測(cè)器的閾值可調(diào)節(jié)或固定，取決于是否安裝R7和R8/R9。控制電路工作時(shí)將打開(kāi)LED D5。

圖2. 重低音聲道動(dòng)態(tài)調(diào)整仿真結(jié)果。在重低音信號(hào)達(dá)到其門(mén)限后，高通濾波器的Q值減小，截止頻率增大。

兩個(gè)運(yùn)放U5-C和U5-D配置成4階重低音低通濾波器，作為左/右聲道高通濾波器的后續(xù)濾波。

J1為電源輸入連接器，用于標(biāo)準(zhǔn)的筆記本電腦同軸插頭。典型的筆記本電腦電源的平均輸出電壓約為19V，適用于塢站系統(tǒng)供電。通過(guò)C1、C2濾波，電壓標(biāo)記為PVDD，接入電源后點(diǎn)亮D1綠燈。

采用簡(jiǎn)單的復(fù)位電路(U6)在上電、掉電時(shí)將放大器芯片置于關(guān)斷狀態(tài)，以避免在輸入電路信號(hào)建立過(guò)程中產(chǎn)生瞬態(tài)噪聲。關(guān)斷控制門(mén)限通過(guò)R3和R4電阻分壓器設(shè)定在大約10V。

MAX98400采用具有專(zhuān)利保護(hù)的無(wú)濾波調(diào)制技術(shù)，不需要外部大尺寸電感濾波器。輸出端只需簡(jiǎn)單的鐵氧體磁珠(L100和L301)。

揚(yáng)聲器和機(jī)殼

重低音揚(yáng)聲器采用Tymphany的5英寸直徑揚(yáng)聲器，型號(hào)為SLS-P830945，標(biāo)稱(chēng)阻抗為4Ω，諧振頻率為47.4Hz。左、右聲道采用2英寸揚(yáng)聲器，型號(hào)為T(mén)ymphany PLS-P830970，標(biāo)稱(chēng)阻抗為4Ω，諧振頻率為147.5Hz。

低至35Hz的f3設(shè)計(jì)用于語(yǔ)音系統(tǒng)，采用了6階濾波電路，包括一個(gè)2階高通有源濾波器。整個(gè)系統(tǒng)放置在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，包括三個(gè)揚(yáng)聲器、調(diào)節(jié)端口和電路PCB。重低音揚(yáng)聲器開(kāi)口向下安裝，可節(jié)省機(jī)箱尺寸，有助于提高效率。機(jī)箱體積大約為3.79l，調(diào)諧在54Hz。機(jī)箱外型尺寸近似為355mm x 180mm x 120mm。揚(yáng)聲器濾波均衡設(shè)計(jì)為250Hz的4階Linkwitz-Riley濾波器；衛(wèi)星揚(yáng)聲器均衡包括f = 500Hz、增益 = +6dB、Q = 0.5的參量EQ和f3 = 3.8kHz、增益為+5.8dB的傾斜型濾波器，圖3所示為系統(tǒng)頻響。

圖3. 整個(gè)系統(tǒng)的頻響特性仿真表明最大平坦相應(yīng)可以擴(kuò)展至40Hz

本文給出的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖源于原型設(shè)計(jì)，原型設(shè)計(jì)用1/4英寸丙烯塑料制成，用鉆孔螺絲、丙烯膠和8.5in x 2.5in端口管固定。消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品可能會(huì)考慮使用性?xún)r(jià)比更高的材料，譬如木制材料、纖維板(MDF)、工程塑料(ABS)等。

電路原理圖

PCB布板

Mechanical Drawings

機(jī)械圖

審核編輯：郭婷