高效D類音頻放大器MAX9700/MAX9712

    摘要：MAX9700/MAX9712是MAXIM公司生產(chǎn)的低ＥＭＩ、免濾波、高效率Ｄ類音頻放大器，其中MAX9700的負(fù)載功率為１．２Ｗ，MAX9712為500mW，適合MP3、PDA等便攜式音頻應(yīng)用，文中對它們的結(jié)構(gòu)、功能、主要特點及應(yīng)用作了詳細(xì)介紹。

    關(guān)鍵詞：Ｄ類音頻放大器；MAX9700；MAX9712

１　概述

ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２是ＭＡＸＩＭ公司推出的兩款單聲道Ｄ類音頻功率放大器，ＭＡＸ９７１２能夠以高于８５％的效率為８Ω負(fù)載提供０．５Ｗ的功率，ＭＡＸ９７００的轉(zhuǎn)換效率更是達(dá)到９０％以上?可為８Ω負(fù)載提供１．２Ｗ的功率。ＭＡＸＩＭ專有的低ＥＭＩ調(diào)制方案省去了傳統(tǒng)的Ｄ類輸出濾波器?同時拋棄了笨重的散熱器，從而節(jié)省了電路板空間，延長了電池壽命，這些特點使它們成為便攜式音頻應(yīng)用的合適之選。

ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２采用全差分結(jié)構(gòu)、全橋輸出，該新一代Ｄ類放大器可提供通常只有ＡＢ類放大器才具有的高性能，同時還具有完備的咔嗒聲與噼啪聲抑制電路，并具有高達(dá)７２ｄＢ的電源抑制比（ＰＳＲＲ）、０．０１％總諧波失真及噪聲（ＴＨＤ＋Ｎ）以及高于９０ｄＢ的ＳＮＲ。其短路與熱過載保護(hù)功使該器件在故障條件下能夠免于損壞。ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２可在２．５～５．５Ｖ的寬電壓范圍內(nèi)工作，方便與各種電壓標(biāo)準(zhǔn)的微處理器連接，此外，它們的靜態(tài)電流只有４ｍＡ?低功耗關(guān)斷模式下僅為０．１μＡ。ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２采用散熱效率高、節(jié)省空間的封裝，兩種器件均有１０引腳ＴＤＦＮ ?３ｍｍ×３ｍｍ×０．８ｍｍ?、１０引腳μＭＡＸ和１２焊球ＵＣＳＰＴＭ?１．５ｍｍ×２ｍｍ×０．６ｍｍ?三種封裝形式。ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２的ＴＤＦＮ／μＭＡＸ封裝引腳圖如圖１所示，表１列出了它們的引腳功能。

表1 MAX9700/MAX9712引腳功能

２　功能及原理

２．１ 工作原理

圖２為ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２的功能結(jié)構(gòu)簡圖，差分音頻信號由比較器輸入，經(jīng)Ｄ類調(diào)制后通過Ｈ橋放大輸出。其工作原理如下：比較器監(jiān)視ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２的輸入，并將互補輸入電壓與鋸齒波進(jìn)行比較，當(dāng)鋸齒波輸入幅度超出相應(yīng)的比較器輸入電壓時，比較器輸出翻轉(zhuǎn)，這兩個比較器在第二個比較器輸出跳變的上升沿后經(jīng)過一段固定時間后復(fù)位，在第二個比較器的輸出端產(chǎn)生了一個脈寬最小的脈沖。當(dāng)輸入電壓增大或減小時，如果一個輸出脈沖持續(xù)時間增加，而另一個輸出脈沖持續(xù)時間保持不變。這樣就使得揚聲器兩端的凈電壓發(fā)生變化。

２．２ 調(diào)制方式選擇

ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２提供兩種調(diào)制方式：固定頻率?ＦＦＭ?模式和擴(kuò)展頻譜?ＳＳＭ?模式，ＳＳＭ模式通過調(diào)制頻率可以降低ＥＭＩ輻射。另外，它們的振蕩器可以通過ＳＹＮＣ輸入與外部時鐘同步，允許用戶自定義開關(guān)頻率。ＳＹＮＣ輸入還允許多個器件串聯(lián)并鎖定頻率，以減小時鐘互調(diào)引起的干擾。ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２的調(diào)制方式通過ＳＹＮＣ引腳來選擇。

    （１）固定頻率調(diào)制（ＦＦＭ）模式

ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２具有兩種ＦＦＭ方式：ＳＹＮＣ＝ＧＮＤ時，開關(guān)頻率為１．１ＭＨｚ；ＳＹＮＣ＝ＦＬＯＡＴ時開關(guān)頻率為１．４５ＭＨｚ。在ＦＦＭ模式下，Ｄ類輸出頻譜由開關(guān)頻率基波及其相關(guān)諧波組成。ＭＡＸ９７１２允許開關(guān)頻率有＋３２％的變化。

（２）擴(kuò)頻調(diào)制（ＳＳＭ）模式

ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２具有受專利保護(hù)的擴(kuò)頻模式，這種模式將展寬頻譜成分，使得通過揚聲器或電纜的ＥＭＩ輻射降低３ｄＢ。ＳＹＮＣ＝ＶＤＤ時器件設(shè)置為ＳＳＭ模式。在ＳＳＭ模式下開關(guān)頻率在中心頻率１．２２ＭＨｚ附近隨機變化±１２０ｋＨｚ，此時能量分散到隨頻率增長的整個頻寬上。

２．３ 外部時鐘模式

ＳＹＮＣ輸入允許ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２與系統(tǒng)時鐘同步或?qū)㈤_關(guān)諧波的頻譜成分分配到不敏感的頻段?在ＳＹＮＣ引腳上施加８００ｋＨｚ～２ＭＨｚ的外部ＴＴＬ時鐘，可以同步ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２的開關(guān)頻率，其周期可以是隨機的。這種模式可使器件方便的配置為單端輸入放大器。

２．４ 無濾波調(diào)制／共?？臻e方式

ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２獨有的調(diào)制方案可以省去傳統(tǒng)Ｄ類放大器所需的ＬＣ濾波器，從而提高了效率并降低了成本。在無信號輸入時，傳統(tǒng)Ｄ類放大器輸出占空比為５０％的方波，如沒有濾波器，會產(chǎn)生直流電壓，形成負(fù)載電流而使功耗增大。由于ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２采用差分方式驅(qū)動揚聲器，兩路輸出相互抵消，于是空閑模式下?lián)P聲器兩端的凈電壓為０，從而降低了功耗。

    ２．５ 關(guān)斷

將ＳＨＤＮ引腳置為低電平時，ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２進(jìn)入低功耗（０．１μＡ）關(guān)斷模式，從而延長電池壽命。在標(biāo)準(zhǔn)模式下，該引腳應(yīng)連至ＶＤＤ。

２．６ 咔嗒聲與噼噗聲抑制

ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２具有完備的咔嗒聲與噼噗聲抑制功能，可以在啟動與關(guān)斷時消除瞬態(tài)噪聲。關(guān)斷時，Ｈ橋為高阻態(tài)，啟動或上電時，輸入放大器為靜音狀態(tài)，啟動３５ｍｓ后軟啟動電路解除輸入放大器的靜音狀態(tài)。

３?。停粒兀梗罚埃埃停粒兀梗罚保驳膽?yīng)用

傳統(tǒng)的Ｄ類放大器需要輸出濾波器從放大器輸出恢復(fù)音頻信號，而ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２無需輸出濾波器，該器件利用揚聲器線圈自身的電感和揚聲器與人耳的天然濾波作用從方波輸出中恢復(fù)音頻成分，省去了輸出濾波器，從而提供一個更小、更便宜、更高效的方案。不過，由于ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２的輸出頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了大多數(shù)揚聲器的帶寬，由方波頻率引起的音頻線圈的偏移非常小，為獲得最佳效果，可以選用一個大于１０μＨ的電感與揚聲器串聯(lián)。

ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２采用差分輸入結(jié)構(gòu)，兼容于許多編解碼器，并提供比單端輸入放大器更強的噪聲抑制能力。差分輸入可抵消掉作用在輸入端的任何共模信號，在蜂窩電話裝置中，這一特性用于去除射頻發(fā)送器中高頻共模信號的影響。ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２也通過將任一輸入端耦合至ＧＮＤ，驅(qū)動另一輸入端可配置為單端輸入放大器。耦合方式既可以采用電容耦合，也可以采用直接直流耦合，只是直流耦合方式省去了耦合電容，也同時失去了電容的低頻抑制作用。ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２還可級聯(lián)構(gòu)成立體聲放大器，其電路結(jié)構(gòu)如圖３所示。

其中Ｕ１是主放大器，將其未經(jīng)濾波的輸出用來驅(qū)動從器件Ｕ２的ＳＹＮＣ輸入，這樣可使兩個器件的開關(guān)頻率同步。同步的兩片ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２可以確保在音頻頻譜范圍內(nèi)不會出現(xiàn)差拍頻率，無論主器件工作在ＦＦＭ還是ＳＳＭ模式下，這種配置均能工作，因為這種ＳＹＮＣ連接方式可以獲得出色的ＴＨＤ＋Ｎ性能，并且器件之間的串?dāng)_也很小。Ｕ２只跟蹤ＳＹＮＣ的信號頻率，而不是脈寬，Ｕ２內(nèi)部的反饋回路確保抑制Ｕ１輸出的音頻成分。

    ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２的具體應(yīng)用電路如圖４所示，圖中：ＭＡＸ９７００或ＭＡＸ９７１２對１６位凌陽單片機ＳＰＣＥ０６１Ａ的語音輸出信號進(jìn)行放大，ＳＰＣＥ０６１Ａ是一款語音特色顯著的芯片，其語音壓縮算法庫可以方便地通過ＡＰＩ函數(shù)調(diào)用。本設(shè)計采用ＭＡＸ９７００進(jìn)行ＳＰＣＥ０６１語音信號的放大，可以收到良好效果。ＳＰＣＥ０６１Ａ有兩路語音以形成立體聲，圖中只顯示了其中一路（ＤＡＣ１），ＳＹＮＣ通過單片機ＩＯＢ１口設(shè)置為ＳＳＭ模式，開關(guān)通過ＩＯＢ２控制，音量可通過電位器ＣＷ調(diào)節(jié)。另外，語音輸入的ＲＣ通路可以改善上電或停止時的語音質(zhì)量。設(shè)計時，ＶＤＤ和Ｈ橋電源均通過０．１μＦ電容旁路到ＧＮＤ和ＰＧＮＤ，ＧＮＤ和ＰＧＮＤ采用星形布線與系統(tǒng)地連接，以將地線共阻抗干擾降至最低。