無濾波器雙路D類功放MAX9713/9714原理與應(yīng)用

　　MAX9713/MAX9714是Maxim公司最新推出的無濾波器雙路D類音頻功率放大器。文中介紹了MAX9713/MAX9714的基本性能和主要特點，給出了MAX9713/MAX9714的引腳功能和主要性能參數(shù)，同時給出了該器件在音響設(shè)備上的應(yīng)用電路。

　　1概述

　　MAX9713/MAX9714無濾波器D類音頻功率放大器是MAXIM公司生產(chǎn)的開關(guān)型功率放大器的改進產(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類功率放大器的性能和D類功率放大器的效率，且不需要傳統(tǒng)D類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負載輸出高達6W的功率，且效率高達85%，THD+N低于0.07%，SNR超過100dB，同時還具有短路和過熱保護功能。因而可以廣泛應(yīng)用在臺式計算機、筆記本電腦、汽車音響、LCD監(jiān)視器、投影儀和家用電視接收機等設(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：充放電電容負極;

　　C1P：充放電電容正極;

　　CHOLD：充放電容控制電容接入端，設(shè)計時可用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電容對地旁路;

　　AGND：模擬信號地;

　　IN+：同相輸入端;

　　IN-：反相輸入端;

　　SS：軟啟動端，使用時應(yīng)在SS端到地GND端接0.47μF的電容;

　　SHDN：關(guān)機控制端，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-：音頻信號反相輸出端;

　　OUT+：音頻信號同相輸出端;

　　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-：右通道音頻信號反相輸出端;

　　OUTR+：右通道音頻信號同相輸出端;

　　OUTL-：左通道音頻信號反相輸出端;

　　OUTL+：左通道音頻信號同相輸出端。

　　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

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

　　3.1 信號輸入電路

　　MAX9713/ MAX9714內(nèi)部采用全差動輸入結(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采用的是差動輸入結(jié)構(gòu)，因而可有效放大兩個輸入端的差模信號，同時也可抑制輸入信號中的共模噪聲。在有些應(yīng)用場合，還可設(shè)置為單端輸入方式，但此時輸入信號、公共地到兩個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)定開關(guān)頻率，其輸出信號頻譜由開關(guān)頻率及其諧波成分組成，因此，即使開關(guān)頻率在標稱值的±35%范圍內(nèi)變化，也不會影響電路對音頻信號的再現(xiàn)。

　　擴散頻譜模式SSM是Maxim公司獨有的、具有專利技術(shù)的調(diào)制方案，可使輸出信號頻譜變得較為平坦，并能有效降低揚聲器和連接電纜的EMI輻射 滿足FCC輻射標準。在SSM模式(通過置FS1=FS2=H來完成設(shè)置)，開關(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。輸出信號頻譜則隨開關(guān)頻率變化而變化，而對于能量譜，它們通常隨著頻率的變化分布在整個頻帶內(nèi)，這樣的頻譜看起來就像白噪聲，EMI輻射也相應(yīng)降低。

　　3.3 輸出電路

　　傳統(tǒng)的D類音頻功率放大器為了從放大后的PWM輸出信號中還原音頻信號，往往需要一個輸出濾波器，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，而是利用揚聲器內(nèi)固有的線圈電感和揚聲器來對發(fā)聲頻率范圍內(nèi)人耳所能聽到的聲音成份實現(xiàn)自然濾波，以達到體積更小、成本更低、效率更高的目的。這是因為，MAX9713/MAX9714的工作頻率遠遠超過大多數(shù)揚聲器的發(fā)聲頻率范圍。由于揚聲器音頻線圈的振動受低頻信號的影響較大，受高頻信號的影響非常小，因此，只要采用線圈電感大于30μH的揚聲器就能有效還原PWM輸出中的音頻信號。典型的8Ω揚聲器的線圈電感一般在30μH到100μH之間，所以無需輸出濾波器，選用線圈電感值大于60μH的揚聲器可達到最佳的輸出效果。

　　雖然MAX9713/MAX9714不需要輸出濾波器，但是在使用時必須注意：輸出端與揚聲器之間的連接電纜長度不得超過36cm。如果遇到輸出線路的長度超過36cm、電路板設(shè)計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)計輸出濾波器。

　　3.4 開關(guān)機噪聲抑制電路

　　MAX9713/MAX9714內(nèi)部具有開關(guān)機噪聲抑制電路。在關(guān)機過程中，放大器輸出端的H型橋路通過300kΩ電阻連接到GND端，輸出端沒有能聽到的噪聲信號輸出。在開機過程中，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，從而可以達到靜音、防止噪聲輸出的目的。開機后，隨著軟啟動電容器兩端電壓的逐漸增加，輸入放大器內(nèi)部偏置電壓會逐步達到正常值，電路開始進入正常工作狀態(tài)。由于電容CSS值會影響開機靜噪時間的長短，為了達到最佳的靜噪性能，電容CSS的取值最小應(yīng)該達到180nF。

　　4應(yīng)用電路

　　采用MAX9714與MAX9722B設(shè)計的多功能高效率立體聲音箱放大器。該電路既可以用揚聲器進行大功率立體聲信號輸出，也可以連接耳機以滿足個人欣賞音樂之需，而且兩種輸出方式不同時工作，互不影響。圖中，CODEC為音頻信號輸入端，當耳機插孔沒有插入耳機時，場效應(yīng)管柵極和MAX9722B的SHDN端均為低電平，MAX9714正常工作而MAX9722B處于停機狀態(tài)。當耳機插入耳機插孔后，場效應(yīng)管柵極和MAX9722B的SHDN端均為高電平，場效應(yīng)管處于導通狀態(tài)，SS端為低電平，MAX9714處于非啟動狀態(tài)而無功率輸出，而此時MAX9722B則處于正常工作狀態(tài)，電路將從耳機插孔輸出經(jīng)放大的音頻信號。