探索MAX9715：2.8W低EMI立體聲無(wú)濾波器D類音頻放大器的卓越性能

在音頻放大器的領(lǐng)域中，D類放大器憑借其高效節(jié)能的特點(diǎn)逐漸成為主流選擇。今天，我們要深入探討的是Maxim公司的MAX9715——一款2.8W低EMI立體聲無(wú)濾波器D類音頻放大器，看看它在音頻處理方面有哪些獨(dú)特之處。

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一、產(chǎn)品概述

MAX9715是一款高效的立體聲D類音頻功率放大器，在5V電源供電的情況下，每個(gè)聲道能夠向4Ω的揚(yáng)聲器提供高達(dá)2.8W的功率。它采用了Maxim的第二代D類技術(shù)，具備強(qiáng)大的輸出保護(hù)功能、高功率效率以及高電源抑制比（PSRR），同時(shí)還無(wú)需輸出濾波器，為工程師們的設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的便利。

二、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

（一）電源與效率

• 單電源供電：支持5V單電源操作，簡(jiǎn)化了電源設(shè)計(jì)，降低了成本。
• 低功耗：靜態(tài)電流僅為12mA，在關(guān)機(jī)模式下，電源電流可降至小于100nA，有效延長(zhǎng)了電池續(xù)航時(shí)間。
• 高效率：在(R_{L}=8 Omega) 、(Pout =1 ~W) 的條件下，效率可達(dá)86%，相比傳統(tǒng)的AB類放大器，節(jié)能效果顯著。

（二）低EMI設(shè)計(jì)

采用擴(kuò)頻調(diào)制器，能夠有效降低電磁干擾（EMI）。其開(kāi)關(guān)頻率在中心頻率（1.22MHz）周圍隨機(jī)變化±120kHz，將原本集中在開(kāi)關(guān)頻率倍數(shù)處的頻譜能量分散到一個(gè)頻率范圍內(nèi)，減少了高頻段的頻譜分量幅度，從而降低了可能由揚(yáng)聲器和電纜輻射的EMI。

（三）音頻性能

• 高PSRR：在1kHz時(shí)PSRR高達(dá)71dB，能夠在嘈雜的電源環(huán)境下穩(wěn)定工作，無(wú)需額外的穩(wěn)壓電路。
• 低失真：總諧波失真加噪聲（THD+N）在1kHz、(R{L}=8 Omega) 、(P{OUT}=1.2W) 的條件下僅為0.06%，能夠提供清晰、純凈的音頻輸出。
• 增益可選：內(nèi)部增益有+9.0dB和+10.5dB兩種可選設(shè)置，可以根據(jù)音頻輸入電平以及揚(yáng)聲器負(fù)載來(lái)調(diào)整放大器的增益。

（四）保護(hù)功能

具備短路和熱保護(hù)功能，能夠在輸出短路或芯片過(guò)熱的情況下自動(dòng)保護(hù)芯片，避免損壞。同時(shí)，還集成了全面的咔嗒聲和噗噗聲抑制功能，消除了在啟動(dòng)和關(guān)機(jī)時(shí)可能出現(xiàn)的可聽(tīng)噪聲。

三、電氣特性分析

（一）電源相關(guān)參數(shù)

• 電源電壓范圍：4.5V - 5.5V，能夠適應(yīng)一定范圍內(nèi)的電源波動(dòng)。
• 靜態(tài)電流：無(wú)負(fù)載時(shí)典型值為12.8mA，關(guān)機(jī)時(shí)電源電流典型值為0.1μA。

（二）音頻性能參數(shù)

• 輸出功率：在不同負(fù)載和失真率條件下，輸出功率有所不同。例如，在(R_{L}=4 Omega) 、THD+N = 10%時(shí)，輸出功率可達(dá)2.8W。
• THD+N：如前文所述，在特定條件下能夠?qū)崿F(xiàn)低至0.06%的失真率。
• 信噪比（SNR）：在(P_{OUT}=1W) 、帶寬為22Hz - 22kHz時(shí)，SNR為89dB；A加權(quán)時(shí)為93dB，能夠提供清晰的音頻信號(hào)。

（三）數(shù)字輸入?yún)?shù)

• 輸入高電壓：(V_{IH}) 為2.0V。
• 輸入低電壓：(V_{IL}) 為0.8V。
• 輸入泄漏電流：(I_{LEAK}) 在SHDN和GAIN引腳處典型值為±1μA。

四、典型工作特性

通過(guò)一系列的圖表，我們可以直觀地了解MAX9715在不同條件下的性能表現(xiàn)。

• THD+N與頻率和輸出功率的關(guān)系：在不同負(fù)載和輸出功率下，THD+N隨頻率的變化情況不同。一般來(lái)說(shuō)，在低頻段和低輸出功率時(shí)，THD+N較低。
• 效率與輸出功率和電源電壓的關(guān)系：效率隨著輸出功率的增加而提高，在一定輸出功率范圍內(nèi)能夠保持較高的效率。同時(shí)，電源電壓的變化對(duì)效率也有一定的影響。
• 輸出頻譜與頻率的關(guān)系：擴(kuò)頻調(diào)制使得輸出頻譜更加分散，降低了高頻段的能量集中。

五、引腳說(shuō)明

MAX9715采用16引腳TQFN - EP封裝，各引腳功能明確。

• 電源與接地引腳：包括PVDD、VDD、PGND和GND，為芯片提供電源和接地。
• 音頻輸入輸出引腳：INL、INR為左右聲道輸入，OUTL+、OUTL - 、OUTR+、OUTR - 為左右聲道輸出。
• 控制引腳：GAIN用于增益選擇，SHDN用于關(guān)機(jī)控制。
• 偏置引腳：BIAS提供1.8V的偏置電壓。

六、詳細(xì)工作原理與優(yōu)勢(shì)

（一）無(wú)濾波器調(diào)制與共?？臻e

傳統(tǒng)的D類放大器需要LC濾波器來(lái)恢復(fù)音頻信號(hào)，而MAX9715采用的擴(kuò)頻調(diào)制方案消除了對(duì)LC濾波器的需求。當(dāng)輸入無(wú)信號(hào)時(shí)，其兩個(gè)輸出相互抵消，使得揚(yáng)聲器兩端沒(méi)有凈的空閑模式電壓，從而降低了功耗。

（二）增益選擇

通過(guò)控制GAIN引腳的高低電平，可以選擇不同的增益設(shè)置。驅(qū)動(dòng)GAIN為高電平時(shí)，揚(yáng)聲器放大器增益為+9dB；驅(qū)動(dòng)GAIN為低電平時(shí)，增益為+10.5dB。我們可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，結(jié)合不同的負(fù)載和輸出功率，計(jì)算出所需的輸入電壓。

（三）關(guān)機(jī)模式

當(dāng)SHDN引腳驅(qū)動(dòng)為低電平時(shí)，MAX9715進(jìn)入低功耗關(guān)機(jī)模式，此時(shí)輸出放大器、偏置電路被禁用，BIAS引腳被拉至地，有效降低了靜態(tài)功耗。

（四）咔嗒聲和噗噗聲抑制

在啟動(dòng)或開(kāi)機(jī)時(shí)，調(diào)制器偏置電壓會(huì)被設(shè)置到正確的電平，同時(shí)輸入放大器會(huì)被靜音25ms，讓輸入電容充電至偏置電壓，之后放大器再解除靜音，確保了無(wú)咔嗒聲啟動(dòng)。

七、應(yīng)用信息與設(shè)計(jì)建議

（一）無(wú)濾波器操作

MAX9715無(wú)需輸出濾波器，它依靠揚(yáng)聲器線圈的固有電感以及揚(yáng)聲器和人耳的自然濾波來(lái)恢復(fù)音頻信號(hào)。不過(guò)，為了獲得最佳效率，建議使用串聯(lián)電感大于30μH的揚(yáng)聲器。

（二）元件選擇

• 輸入濾波器：輸入電容（CIN）與放大器輸入電阻（RIN）構(gòu)成高通濾波器，用于去除輸入信號(hào)的直流偏置。我們需要選擇合適的CIN值，使-3dB點(diǎn)遠(yuǎn)低于感興趣的最低頻率，同時(shí)建議使用低電壓系數(shù)電介質(zhì)的電容器，如鉭或鋁電解電容器。
• 輸出濾波器：雖然MAX9715本身不需要輸出濾波器，但在某些情況下，如輻射發(fā)射不達(dá)標(biāo)、電路板布局不佳、電纜過(guò)長(zhǎng)或電路靠近對(duì)EMI敏感的設(shè)備時(shí)，可以使用鐵氧體磁珠濾波器、共模扼流圈或LC濾波器。

（三）電源旁路、布局和接地

• 布局：使用大的走線來(lái)連接電源輸入和放大器輸出，以減少寄生電阻帶來(lái)的損耗，同時(shí)有助于散熱。
• 接地：采用星形連接將GND和PGND在電路板上的一點(diǎn)連接起來(lái)，將攜帶開(kāi)關(guān)瞬變的接地返回路徑連接到功率地（PGND），并保持連接到PGND的高電流返回路徑短且遠(yuǎn)離模擬地（GND）和音頻輸入信號(hào)路徑中的任何走線或元件。
• 旁路電容：每個(gè)PVDD引腳通過(guò)0.1μF的電容旁路到PGND，VDD引腳通過(guò)0.1μF的電容旁路到GND，并在VDD和PGND之間放置一個(gè)大容量電容。

（四）雙放大器配置

在典型應(yīng)用電路中，MAX9715可以配置為中高頻放大器，而MAX9713可以配置為單聲道低音放大器。通過(guò)電容和電阻的合理選擇，可以設(shè)置高通和低通濾波器的截止頻率，實(shí)現(xiàn)不同頻段的音頻放大。

八、總結(jié)

MAX9715以其高效、低EMI、低失真以及豐富的保護(hù)功能等特點(diǎn)，成為了音頻放大器市場(chǎng)中的一款優(yōu)秀產(chǎn)品。無(wú)論是在高端筆記本音頻、LCD投影儀、便攜式音頻設(shè)備還是多媒體擴(kuò)展塢等應(yīng)用中，它都能夠提供出色的音頻性能。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)音頻系統(tǒng)時(shí)，MAX9715無(wú)疑是一個(gè)值得考慮的選擇。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？又有哪些獨(dú)特的解決方案呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。