探索MAX9713/MAX9714：6W無(wú)濾波器擴(kuò)頻單聲道/立體聲D類放大器

在音頻功率放大器的領(lǐng)域中，MAX9713和MAX9714這兩款來(lái)自MAXIM的產(chǎn)品憑借其出色的性能脫穎而出。作為電子工程師，深入了解它們的特性、工作模式以及應(yīng)用中的要點(diǎn)，對(duì)于優(yōu)化音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

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一、器件概述

性能特點(diǎn)

MAX9713是單聲道放大器，MAX9714是立體聲放大器。它們結(jié)合了AB類放大器的性能和D類放大器的效率，具有高達(dá)85%的效率，能夠輸出高達(dá)6W的功率。同時(shí)，采用了獨(dú)特的無(wú)濾波器調(diào)制方案和擴(kuò)頻開(kāi)關(guān)模式，減少了電路板空間，也無(wú)需龐大的散熱片。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

• 低噪音設(shè)計(jì)：差分輸入架構(gòu)可減少共模噪聲拾取，能在無(wú)輸入耦合電容的情況下使用，還可配置為單端輸入放大器。
• 綜合保護(hù)功能：具備短路和熱過(guò)載保護(hù)，能防止設(shè)備在故障條件下受損。
• 低功耗模式：具有低功耗關(guān)機(jī)模式，關(guān)機(jī)電流低至0.2μA，可有效延長(zhǎng)電池壽命。

二、工作模式

固定頻率調(diào)制（FFM）模式

MAX9713/MAX9714有三種不同開(kāi)關(guān)頻率的FFM模式。在該模式下，D類輸出的頻譜由基本開(kāi)關(guān)頻率及其相關(guān)諧波組成。若諧波頻率落入敏感頻段，可將開(kāi)關(guān)頻率改變±35%，且不影響音頻再現(xiàn)。

擴(kuò)頻調(diào)制（SSM）模式

此模式通過(guò)設(shè)置FS1 = FS2 = H啟用。在SSM模式下，開(kāi)關(guān)頻率會(huì)在中心頻率（335kHz）周圍隨機(jī)變化±1.7kHz，能使寬帶頻譜成分變平，改善揚(yáng)聲器和電纜可能輻射的EMI輻射。

三、效率與功耗

效率優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)線性放大器理論最佳效率為78%，但僅在峰值輸出功率時(shí)表現(xiàn)出來(lái)，正常工作時(shí)效率會(huì)降至30%以下。而MAX9714在相同條件下仍能保持>80%的效率。

低功耗關(guān)機(jī)

通過(guò)將SHDN引腳拉低，可使設(shè)備進(jìn)入低功耗（0.2μA）關(guān)機(jī)模式；將SHDN連接到邏輯高電平，則可恢復(fù)正常運(yùn)行。

四、功能特性

咔嗒聲和爆破聲抑制

MAX9713/MAX9714具備全面的咔嗒聲和爆破聲抑制功能，可消除啟動(dòng)和關(guān)機(jī)時(shí)的可聽(tīng)瞬變。在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，H橋通過(guò)300kΩ電阻拉至地；啟動(dòng)時(shí)，輸入放大器靜音，內(nèi)部環(huán)路將調(diào)制器偏置電壓設(shè)置到正確電平，隨后通過(guò)軟啟動(dòng)功能逐漸解除輸入放大器的靜音。為獲得最佳性能，軟啟動(dòng)電容CSS應(yīng)至少為0.18μF。

靜音功能

該系列產(chǎn)品具有無(wú)咔嗒聲/無(wú)爆破聲的靜音模式。當(dāng)設(shè)備靜音時(shí)，輸出停止切換，使揚(yáng)聲器靜音。靜音功能僅影響輸出狀態(tài)，不關(guān)閉設(shè)備?？赏ㄟ^(guò)MOSFET下拉將SS引腳驅(qū)動(dòng)至地來(lái)實(shí)現(xiàn)靜音，在電源開(kāi)啟/關(guān)閉或關(guān)機(jī)/開(kāi)啟周期中驅(qū)動(dòng)SS至地可優(yōu)化咔嗒聲和爆破聲抑制。

五、應(yīng)用信息

無(wú)濾波器操作

傳統(tǒng)D類放大器需要輸出濾波器來(lái)恢復(fù)音頻信號(hào)，這增加了成本和解決方案尺寸，還可能降低效率。而MAX9713/MAX9714無(wú)需輸出濾波器，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)方波輸出的音頻成分。不過(guò)，為了獲得最佳效果，建議使用串聯(lián)電感>30μH的揚(yáng)聲器，串聯(lián)電感>60μH時(shí)可實(shí)現(xiàn)最佳效率。

增益選擇

根據(jù)不同的輸入電壓和負(fù)載，可通過(guò)設(shè)置G1和G2引腳來(lái)選擇合適的增益，以獲得最大輸出功率。

內(nèi)部穩(wěn)壓器輸出（VREG）

MAX9713/MAX9714具有一個(gè)6V的內(nèi)部穩(wěn)壓器輸出（VREG），為邏輯引腳（G，F(xiàn)S）提供邏輯高電平，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)并降低了成本。但在關(guān)機(jī)模式下，VREG不可用，且不要將其作為輸入高電壓應(yīng)用于SHDN引腳或周圍系統(tǒng)組件。需使用6.3V、0.01μF的電容將REG引腳旁路到地。

輸出失調(diào)

與AB類放大器不同，D類放大器的輸出失調(diào)電壓在施加負(fù)載時(shí)不會(huì)顯著增加靜態(tài)電流消耗。例如，在8Ω負(fù)載上有8mV的直流失調(diào)，在AB類器件中會(huì)導(dǎo)致1mA的額外電流消耗，而在D類器件中僅相當(dāng)于8μW的額外功耗，約為幾微安的額外靜態(tài)電流。

六、組件選擇與布局要點(diǎn)

輸入濾波器

輸入電容CIN與MAX9713/MAX9714的輸入阻抗形成一個(gè)高通濾波器，可去除輸入信號(hào)中的直流偏置。選擇CIN時(shí)，應(yīng)使-3dB點(diǎn)遠(yuǎn)低于感興趣的最低頻率，以避免影響放大器的低頻響應(yīng)。建議使用具有低電壓系數(shù)電介質(zhì)的電容器，如鉭或鋁電解電容器。

電荷泵電容選擇

為獲得最佳性能，應(yīng)使用等效串聯(lián)電阻（ESR）小于100mΩ的電容器。低ESR陶瓷電容器可最小化電荷泵的輸出電阻。在擴(kuò)展溫度范圍內(nèi)，建議選擇具有X7R電介質(zhì)的電容器。

飛跨電容（C1）

飛跨電容（C1）的值會(huì)影響電荷泵的負(fù)載調(diào)節(jié)和輸出電阻。C1值過(guò)小會(huì)降低設(shè)備提供足夠電流驅(qū)動(dòng)的能力；增加C1值可在一定程度上改善負(fù)載調(diào)節(jié)并降低電荷泵輸出電阻，但超過(guò)1μF后，開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻以及C1和C2的ESR將起主導(dǎo)作用。

輸出電容（C2）

輸出電容值和ESR直接影響CHOLD引腳的紋波。增加C2可降低輸出紋波，降低C2的ESR可同時(shí)降低紋波和輸出電阻。在最大輸出功率較低的系統(tǒng)中，可使用較低電容值的電容器。

輸出濾波器

雖然MAX9713/MAX9714無(wú)需輸出濾波器，且能通過(guò)36cm無(wú)屏蔽揚(yáng)聲器電纜的FCC輻射標(biāo)準(zhǔn)，但在因電路板布局、電纜長(zhǎng)度導(dǎo)致輻射發(fā)射不達(dá)標(biāo)或電路靠近EMI敏感設(shè)備時(shí)，可使用輸出濾波。對(duì)于高于10MHz的輻射頻率，可使用鐵氧體磁珠濾波器；對(duì)于低于10MHz的輻射頻率或放大器與揚(yáng)聲器之間連接較長(zhǎng)引線時(shí)，可使用LC濾波器。

電源旁路與布局

正確的電源旁路可確保低失真操作。為獲得最佳性能，應(yīng)使用0.1μF的電容器將VDD引腳盡可能靠近地旁路到PGND。同時(shí)，需根據(jù)應(yīng)用和電源特性添加額外的大容量電容。AGND和PGND應(yīng)采用星形連接到系統(tǒng)地。

七、總結(jié)

MAX9713和MAX9714以其高效、低噪音、多功能等特性，為音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了優(yōu)秀的解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇工作模式、增益設(shè)置以及組件參數(shù)，并注意布局和電源旁路等要點(diǎn)，以充分發(fā)揮這兩款放大器的性能優(yōu)勢(shì)，打造出高品質(zhì)的音頻產(chǎn)品。你在使用類似放大器時(shí)遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。