探索MAX97220A - MAX97220E：高性能音頻放大器的卓越之選

在音頻設(shè)備的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，一款優(yōu)秀的放大器能夠顯著提升音質(zhì)表現(xiàn)，滿足用戶對(duì)于高品質(zhì)音頻的追求。今天我們要深入探討的是Maxim Integrated推出的MAX97220A - MAX97220E系列差分輸入DirectDrive線路驅(qū)動(dòng)器/耳機(jī)放大器，它以其出色的性能和豐富的特性，為音頻設(shè)計(jì)帶來了新的可能性。

文件下載：MAX97220E.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX97220系列是專為機(jī)頂盒、LCD電視和家庭影院等對(duì)音頻保真度要求極高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的全差分輸入線路驅(qū)動(dòng)器/耳機(jī)放大器。該系列產(chǎn)品在降低功耗的同時(shí)，還能保持高信噪比（SNR）和低總諧波失真加噪聲（THD+N），為音頻系統(tǒng)提供了出色的性能保障。

1. 輸出能力

• 線路驅(qū)動(dòng)：在5V電源供電時(shí)，能夠向1kΩ負(fù)載提供3VRMS的輸出驅(qū)動(dòng)；在3.3V電源供電時(shí)，可向600Ω負(fù)載提供2VRMS的輸出驅(qū)動(dòng)。
• 耳機(jī)驅(qū)動(dòng)：在5V電源供電時(shí)，能夠向32Ω負(fù)載提供125mW的輸出功率。

2. 增益設(shè)置

該系列產(chǎn)品提供兩種增益設(shè)置方式。MAX97220A、MAX97220B和MAX97220E需要外部輸入和反饋電阻來設(shè)置放大器增益；而MAX97220C和MAX97220D則內(nèi)置輸入和反饋電阻，提供固定的+6dB增益。

3. 開關(guān)時(shí)間

該系列有兩種不同開啟時(shí)間（tON）的版本可供選擇。A、C和E版本適用于耳機(jī)應(yīng)用，tON為5.5ms；B和D版本則針對(duì)機(jī)頂盒應(yīng)用，tON為130ms。

4. 封裝與溫度范圍

產(chǎn)品采用3mm x 3mm x 0.8mm的16引腳TQFN封裝，工作溫度范圍為 -40°C至 +85°C，適用于各種不同的應(yīng)用環(huán)境。

二、關(guān)鍵特性解析

1. 差分輸入

差分輸入是該系列產(chǎn)品的一大亮點(diǎn)。它不僅能提高放大器對(duì)噪聲的免疫力，還能有效抑制共模噪聲。在手機(jī)等設(shè)備中，來自射頻發(fā)射器的高頻信號(hào)可能會(huì)耦合到放大器的輸入線路中，形成共模噪聲。而差分輸入放大器能夠放大兩個(gè)輸入信號(hào)的差值，同時(shí)抵消共模信號(hào)，從而提高音頻信號(hào)的純凈度。

2. DirectDrive架構(gòu)

傳統(tǒng)的單電源耳機(jī)放大器通常需要在輸出端使用大電容來隔離直流偏置，這不僅增加了電路板的空間和成本，還會(huì)影響低頻響應(yīng)。而MAX97220系列采用了Maxim的專利DirectDrive架構(gòu)，通過片上電荷泵產(chǎn)生內(nèi)部負(fù)電源電壓，使放大器輸出端能夠以PGND為偏置，無需使用大的直流阻隔電容。這種架構(gòu)不僅節(jié)省了電路板空間、降低了成本，還改善了耳機(jī)放大器的頻率響應(yīng)。

3. 低噪聲與高保真度

該系列產(chǎn)品在整個(gè)音頻帶寬內(nèi)具有優(yōu)于90dB的THD+N，輸出噪聲電壓低至7μVRMS，在5V電源供電時(shí)能實(shí)現(xiàn)112dB的SNR，在3.3V電源供電時(shí)也能達(dá)到109dB的SNR，為用戶帶來高保真的音頻體驗(yàn)。

4. 完善的保護(hù)機(jī)制

• 欠壓鎖定：當(dāng)電源電壓不足時(shí)，欠壓鎖定功能會(huì)自動(dòng)阻止放大器工作，確保設(shè)備在穩(wěn)定的電源環(huán)境下運(yùn)行。
• 咔嗒聲和噗噗聲抑制：該系列產(chǎn)品采用了Maxim領(lǐng)先的咔嗒聲和噗噗聲抑制電路，在啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)能夠消除可聽的瞬態(tài)噪聲，為用戶提供安靜的音頻環(huán)境。
• 熱過載保護(hù)：當(dāng)芯片結(jié)溫超過 +160°C時(shí)，熱保護(hù)電路會(huì)自動(dòng)禁用放大器；當(dāng)芯片溫度下降15°C后，放大器將恢復(fù)正常工作，有效保護(hù)芯片免受過熱損壞。

三、電氣特性分析

1. 電源相關(guān)特性

• 電源電壓范圍：工作電源電壓范圍為2.5V至5.5V，具有較寬的電源適應(yīng)性。
• 靜態(tài)電源電流：在不同版本和負(fù)載條件下，靜態(tài)電源電流有所不同。例如，A版本在無負(fù)載、TA = +25°C時(shí)，靜態(tài)電源電流典型值為5.5mA，最大值為7mA。
• 電源抑制比（PSRR）：在2.5V至5.5V的電源電壓范圍內(nèi)，A、B、E版本的PSRR典型值為90dB，C、D版本的PSRR典型值也能達(dá)到90dB，有效抑制電源紋波對(duì)音頻信號(hào)的影響。

2. 放大器特性

• 輸入電阻：C、D版本的輸入電阻典型值為10kΩ。
• 增益：C、D版本的增益固定為6dB，A、B、E版本的增益可通過外部電阻設(shè)置，增益計(jì)算公式為AV = -RF / RIN。
• 輸出偏移電壓：在單位增益、TA = +25°C時(shí)，輸出偏移電壓最大值為350μV。

3. 其他特性

• 共模抑制比（CMRR）：A、B、E版本的CMRR典型值為86dB，C、D版本的CMRR典型值為60dB，有效抑制共模信號(hào)的干擾。
• 信號(hào)噪聲比（SNR）：A、B、E版本在VOUT = 3VRMS、THD+N = 0.1%、A加權(quán)、RIN = RF、RL = 1kΩ時(shí)，SNR典型值為112.5dB，表現(xiàn)出色。

四、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 應(yīng)用領(lǐng)域

• 簡(jiǎn)單多媒體接口：為多媒體設(shè)備提供高質(zhì)量的音頻放大。
• 機(jī)頂盒：滿足機(jī)頂盒對(duì)音頻輸出的高保真要求。
• 藍(lán)光和DVD播放器：提升音視頻播放的音質(zhì)效果。
• LCD電視：為電視提供清晰、純凈的音頻信號(hào)。
• 專業(yè)音頻設(shè)備：適用于對(duì)音質(zhì)要求較高的專業(yè)音頻應(yīng)用。

2. 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• 電荷泵電容選擇：為了獲得最佳性能，應(yīng)選擇等效串聯(lián)電阻（ESR）小于100mΩ的電容。飛跨電容（C1）的取值會(huì)影響電荷泵的負(fù)載調(diào)節(jié)能力和輸出電阻，建議選擇1μF的電容；保持電容（C2）應(yīng)選擇低ESR的1μF電容，以減少PVSS端的紋波。
• 放大器增益設(shè)置：對(duì)于MAX97220C和MAX97220D，增益已內(nèi)部設(shè)置為6dB；對(duì)于MAX97220A、MAX97220B和MAX97220E，可通過外部電阻設(shè)置增益，反饋電阻值應(yīng)選擇在4.7kΩ至100kΩ之間。
• 電源旁路：為了確保低噪聲、低失真的性能，應(yīng)在PVDD和PGND之間以及SVDD和PGND之間連接1μF的陶瓷電容，并根據(jù)應(yīng)用需求添加額外的大容量電容。旁路電容應(yīng)盡可能靠近芯片放置。
• PCB布局和接地：良好的PCB布局對(duì)于優(yōu)化性能至關(guān)重要。應(yīng)使用大尺寸的走線來連接電源輸入和放大器輸出，以減少寄生電阻帶來的損耗，并將熱量從芯片散發(fā)出去。同時(shí)，應(yīng)將PGND和SGND在PCB上的單點(diǎn)連接，將與電荷泵相關(guān)的所有組件連接到PGND平面，確保PCB布局合理分區(qū)，避免接地平面中的大開關(guān)電流通過SGND和音頻信號(hào)路徑中的走線和組件返回。

五、總結(jié)

MAX97220A - MAX97220E系列差分輸入DirectDrive線路驅(qū)動(dòng)器/耳機(jī)放大器以其卓越的性能、豐富的特性和完善的保護(hù)機(jī)制，為音頻設(shè)計(jì)工程師提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。無論是在音質(zhì)表現(xiàn)、功耗控制還是在電路板空間利用方面，該系列產(chǎn)品都具有顯著的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師只需根據(jù)具體需求合理選擇版本、設(shè)置增益和優(yōu)化PCB布局，就能輕松實(shí)現(xiàn)高性能的音頻放大解決方案。你在使用類似音頻放大器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。