MAX98360：小巧高效的數(shù)字D類放大器解決方案

在電子設(shè)備不斷追求小型化、高效化的今天，音頻放大器的性能和集成度顯得尤為重要。Analog Devices推出的MAX98360系列數(shù)字D類放大器，以其小巧的體積、出色的性能和便捷的使用方式，成為眾多應(yīng)用場景的理想選擇。本文將深入剖析MAX98360的特點、工作原理及應(yīng)用要點，為電子工程師們提供全面的參考。

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一、產(chǎn)品概述

MAX98360A/B/C/D是一系列易于使用、低成本的數(shù)字脈沖編碼調(diào)制（PCM）輸入D類放大器，它能在實現(xiàn)D類放大器高效率的同時，提供媲美AB類放大器的音頻性能。該系列放大器的數(shù)字音頻接口可自動識別不同的PCM和TDM時鐘方案，無需 (I^{2} C) 編程，只需提供電源、LRCLK、BCLK和數(shù)字音頻信號，即可輕松生成音頻。此外，其獨特的引腳布局允許用戶使用經(jīng)濟實惠的WLP封裝，無需昂貴的過孔。

二、關(guān)鍵特性

（一）靈活的數(shù)字音頻接口

• 支持多種數(shù)據(jù)格式：支持I (12 ~S) 、左對齊和8通道時分復(fù)用（TDM）數(shù)據(jù)格式，滿足不同應(yīng)用場景的需求。
• 寬采樣率范圍：可接受8kHz、16kHz、32kHz、44.1kHz、48kHz、88.2kHz和96kHz的采樣率，數(shù)據(jù)字在I (12 ~S) 和左對齊模式下可為16位、24位或32位，在TDM模式下可為16位或32位。
• 低邏輯電平兼容性：數(shù)字音頻接口輸入閾值適用于1.2V和1.8V邏輯，且能承受高達5.5V的邏輯輸入電壓。

（二）快速的啟動時間

MAX98360A和MAX98360B具有1ms的快速啟動時間，而MAX98360C和MAX98360D在啟動和關(guān)閉時會在13ms內(nèi)對音量進行斜坡控制，有效減少了開關(guān)機時的噪音。

（三）低EMI設(shè)計

• 無需外部MCLK信號：消除了傳統(tǒng)PCM通信中常用的外部MCLK信號，減少了電磁干擾（EMI）和可能的電路板耦合問題，同時降低了尺寸和引腳數(shù)量。
• 高抖動容忍度：在BCLK和LRCLK上具有非常高的寬帶抖動容忍度（典型值為12ns），確保了穩(wěn)定的操作。
• 主動限幅和濾波技術(shù)：采用主動發(fā)射限制、邊沿速率限制和過沖控制電路，大大降低了EMI。無濾波器擴頻調(diào)制方案消除了傳統(tǒng)D類設(shè)備所需的輸出濾波，減少了解決方案的組件數(shù)量。

（四）出色的音頻性能

• 高輸出功率和效率：在5V電源下，可向4Ω負載提供3.2W的輸出功率，在 (R_{L}=8 Omega) 、 (THD+N=10 %) 時效率可達92%。
• 低噪聲和失真：輸出噪聲低至10μVRMS，在1kHz時總諧波失真加噪聲（THD+N）低至0.009%，動態(tài)范圍高達110dB。

（五）其他特性

• 單電源供電：支持2.5V至5.5V的單電源操作，適用于多種電源場景。
• 低靜態(tài)電流：靜態(tài)電流僅為2.2mA，待機電流低至1.5μA，可消除EN引腳的GPIO需求。
• 強大的保護功能：具備廣泛的咔嗒聲和爆音抑制電路、強大的短路和熱保護功能，確保了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

三、工作模式

（一）I (12 ~S) 和左對齊模式

當(dāng)LRCLK占空比為50%時，MAX98360A和MAX98360C接受標準I (12 ~S) 數(shù)據(jù)，MAX98360B和MAX98360D接受左對齊數(shù)據(jù)。在這些模式下，音頻通道的選擇通過DAI配置實現(xiàn)，可選擇左聲道、右聲道或左右聲道混合輸出。增益可通過GAIN_SLOT引腳設(shè)置為12dB、9dB、6dB、3dB或 -3dB。

（二）TDM模式

當(dāng)LRCLK為幀同步脈沖（LRCLK高電平持續(xù)時間不超過4個BCLK周期）時，設(shè)備自動配置為TDM模式。在TDM模式下，設(shè)備僅接受8通道的16位或32位格式化數(shù)據(jù)，每幀必須有128（16位模式）或256（32位模式）個BCLK周期。增益自動設(shè)置為固定的12dB，通道選擇通過DAI配置和GAIN_SLOT引腳共同完成。

四、引腳功能和配置

（一）引腳配置

MAX98360提供9引腳WLP（0.4mm間距）和10引腳FC2QFN（0.5mm間距）兩種封裝形式，引腳配置清晰合理，方便用戶進行布局和連接。

（二）引腳功能

• EN引腳：用于控制設(shè)備的關(guān)機和待機模式。當(dāng)EN為低電平時，設(shè)備進入關(guān)機模式，所有內(nèi)部模塊關(guān)閉，輸出級處于高阻態(tài)；當(dāng)EN為高電平且DAIn引腳無切換時，設(shè)備自動進入待機模式，可降低功耗。
• VDD引腳：電源輸入引腳，需使用0.1μF和10μF電容旁路至地，以確保電源的穩(wěn)定性。
• OUTP和OUTN引腳：D類放大器的正負輸出引腳，連接到負載（如揚聲器）。
• DAI0、DAI1和DAI2引腳：數(shù)字音頻接口引腳，用于傳輸BCLK、LRCLK和DIN信號，通過不同的連接方式可實現(xiàn)不同的DAI配置。
• GAIN_SLOT引腳：用于增益和通道選擇，在I (12 ~S) 和左對齊模式下可選擇不同的增益設(shè)置，在TDM模式下用于選擇通道。

五、應(yīng)用注意事項

（一）電源供應(yīng)

設(shè)備由2.5V至5.5V的單電源供電，為了減少電源噪聲對音頻性能的影響，建議在VDD引腳附近放置0.1μF和10μF的旁路電容。如果VDD與電源之間的PCB走線較長，還應(yīng)在VDD引腳添加額外的大容量電容。

（二）布局和接地

合理的布局和接地對于獲得最佳性能至關(guān)重要。為了降低EMI和提高音頻性能，應(yīng)將VDD去耦電容盡可能靠近MAX98360放置，以減小電源環(huán)路電感。同時，應(yīng)使用寬而低電阻的輸出走線，以減少輸出走線電阻對負載功率的影響。此外，在PCB的頂層或底層信號走線周圍添加接地填充，可提高設(shè)備的射頻抗干擾能力。

（三）濾波器使用

MAX98360采用無濾波器D類操作，無需傳統(tǒng)D類放大器所需的輸出濾波器。該設(shè)備依靠揚聲器線圈的固有電感以及揚聲器和人耳的自然濾波來恢復(fù)方波輸出中的音頻成分。為了確保良好的音頻性能，建議使用串聯(lián)電感大于10μH的揚聲器。

六、典型應(yīng)用電路

文檔中提供了多種典型應(yīng)用電路，包括I (12 ~S) /左對齊模式下的左聲道、右聲道、左右聲道混合和立體聲操作，以及TDM模式下的不同通道選擇操作。這些電路為用戶提供了清晰的設(shè)計參考，可根據(jù)實際需求進行選擇和修改。

七、總結(jié)

MAX98360數(shù)字D類放大器以其小巧的體積、高效的性能、靈活的配置和豐富的保護功能，為電子工程師們提供了一個出色的音頻放大解決方案。無論是在智能音箱、筆記本電腦、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備還是智能手機等應(yīng)用場景中，MAX98360都能發(fā)揮其優(yōu)勢，幫助用戶實現(xiàn)高品質(zhì)的音頻輸出。在設(shè)計過程中，工程師們應(yīng)充分考慮設(shè)備的特性和應(yīng)用注意事項，以確保獲得最佳的性能和可靠性。你在使用MAX98360或其他音頻放大器時，遇到過哪些挑戰(zhàn)和問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。