探索MAX9703/MAX9704：高效音頻放大器新選擇

在音頻放大器的領(lǐng)域中，如何在保證音質(zhì)的同時(shí)提高效率、節(jié)省空間一直是工程師們關(guān)注的焦點(diǎn)。今天，我們就來(lái)深入了解一下Analog Devices推出的MAX9703/MAX9704，這兩款10W立體聲/15W單聲道、無(wú)濾波、擴(kuò)頻D類(lèi)放大器，或許能為你的音頻設(shè)計(jì)帶來(lái)新的靈感。

文件下載：MAX9703.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX9703為單聲道放大器，而MAX9704則是立體聲放大器。它們結(jié)合了AB類(lèi)放大器的高性能與D類(lèi)放大器的高效率，在節(jié)省電路板空間的同時(shí)，還無(wú)需使用笨重的散熱片。采用D類(lèi)架構(gòu)，這些器件的效率最高可達(dá)78%，能持續(xù)輸出功率最高達(dá)15W。此外，其專(zhuān)有的調(diào)制和開(kāi)關(guān)方案無(wú)需傳統(tǒng)的D類(lèi)輸出濾波器，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。

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二、核心特性

（一）調(diào)制模式靈活

它提供了兩種調(diào)制方案：固定頻率模式（FFM）和擴(kuò)頻模式（SSM）。在FFM模式下，有三種不同的開(kāi)關(guān)頻率可供選擇。如果某些諧波頻率落在敏感頻段，還能將開(kāi)關(guān)頻率改變±35%，且不會(huì)影響音頻再現(xiàn)。而SSM模式通過(guò)將寬帶頻譜分量展平，有效改善了揚(yáng)聲器和電纜可能輻射的EMI干擾。當(dāng)設(shè)置FS1 = FS2 = H時(shí)啟用該模式，開(kāi)關(guān)頻率會(huì)在中心頻率（670kHz）左右隨機(jī)變化±7%。

（二）高效節(jié)能

D類(lèi)放大器的效率主要取決于輸出級(jí)晶體管的工作區(qū)域。MAX9703/MAX9704的輸出晶體管作為電流控制開(kāi)關(guān)，額外功耗極低。功率損耗主要來(lái)自MOSFET導(dǎo)通電阻的I2R損耗和靜態(tài)電流開(kāi)銷(xiāo)。在典型音樂(lè)播放條件下，MAX9704的效率仍能保持在>78%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)AB類(lèi)放大器在相同條件下低于30%的效率。

（三）完善的保護(hù)與抑制功能

具備短路和熱過(guò)載保護(hù)功能，可防止器件在故障條件下受損。同時(shí)，擁有全面的咔嗒聲和噗噗聲抑制功能，能消除啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)的可聽(tīng)瞬態(tài)噪聲。關(guān)機(jī)時(shí)，H橋通過(guò)330kΩ電阻拉至PGND；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)置到正確水平，隨后軟啟動(dòng)功能逐漸解除輸入放大器的靜音狀態(tài)。此外，還具有無(wú)咔嗒聲/噗噗聲的靜音模式，將SS引腳拉至PGND即可靜音，且僅影響輸出級(jí)，不關(guān)閉設(shè)備。

（四）低失真高音質(zhì)

總諧波失真加噪聲（THD + N）低至0.07%，電源抑制比（PSRR）高達(dá)80dB（1kHz時(shí)），信噪比（SNR）超過(guò)95dB，能為用戶(hù)帶來(lái)高品質(zhì)的音頻體驗(yàn)。

三、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（一）無(wú)濾波設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)D類(lèi)放大器需要輸出濾波器來(lái)恢復(fù)音頻信號(hào)，這不僅增加了成本和解決方案的尺寸，還可能降低效率。而MAX9703/MAX9704無(wú)需輸出濾波器，依靠揚(yáng)聲器線(xiàn)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)。這種設(shè)計(jì)使得解決方案更加緊湊、成本更低且效率更高。不過(guò)，為確保最佳效果，建議使用串聯(lián)電感>30μH的揚(yáng)聲器，當(dāng)揚(yáng)聲器電感>60μH時(shí)可實(shí)現(xiàn)最佳效率。

（二）內(nèi)部調(diào)節(jié)器

具備內(nèi)部6V調(diào)節(jié)器輸出（VREG），為邏輯引腳（G，F(xiàn)S）提供高電平邏輯電壓，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，且不能將其作為6V電位施加到周?chē)到y(tǒng)組件上，需用6.3V、0.01μF的電容將REG引腳旁路到AGND。

（三）增益選擇靈活

通過(guò)G1和G2邏輯輸入可設(shè)置放大器的增益，提供了29.6dB、19.1dB、13dB和16dB四種增益選項(xiàng)，能滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

（四）輸入方式多樣

支持差分輸入和單端輸入兩種方式。差分輸入結(jié)構(gòu)使其與許多編解碼器兼容，能有效減少共模噪聲；單端輸入則可通過(guò)將任一輸入電容耦合到AGND并驅(qū)動(dòng)另一輸入來(lái)實(shí)現(xiàn)。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）元件選擇

輸入電容CIN與MAX9703/MAX9704的輸入阻抗構(gòu)成高通濾波器，用于去除輸入信號(hào)的直流偏置，應(yīng)選擇使 -3dB點(diǎn)遠(yuǎn)低于感興趣的最低頻率的CIN值。充電泵電容應(yīng)選擇ESR小于100mΩ的電容，如X7R電介質(zhì)的陶瓷電容，以實(shí)現(xiàn)最佳性能。飛行電容C1的值會(huì)影響充電泵的負(fù)載調(diào)節(jié)和輸出電阻，而保持電容C2的電容值和ESR直接影響CHOLD處的紋波。

（二）電源旁路與布局

正確的電源旁路對(duì)于確保低失真操作至關(guān)重要。應(yīng)使用0.1μF的電容盡可能靠近每個(gè)VDD引腳將其旁路到PGND，并根據(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)接地。

（三）散熱設(shè)計(jì)

雖然D類(lèi)放大器的效率和散熱性能優(yōu)于AB類(lèi)放大器，但仍需合理考慮系統(tǒng)的散熱問(wèn)題。在實(shí)際測(cè)試中，應(yīng)使用實(shí)際音頻信號(hào)而非連續(xù)正弦波，因?yàn)橐纛l信號(hào)的實(shí)際熱影響遠(yuǎn)低于連續(xù)正弦波。在PCB設(shè)計(jì)中，應(yīng)將外露焊盤(pán)焊接到大面積銅多邊形，并添加盡可能多的銅連接到相鄰引腳和組件。必要時(shí)，可添加外部散熱片來(lái)改善散熱性能。

（四）負(fù)載阻抗選擇

為優(yōu)化MAX9703/MAX9704的效率，建議使用12Ω 至16Ω的揚(yáng)聲器。如果無(wú)法使用該阻抗范圍的負(fù)載，在驅(qū)動(dòng)6Ω至10Ω負(fù)載時(shí)可選擇較低的電源電壓。

五、總結(jié)

MAX9703/MAX9704作為一款高性能、高效率的音頻放大器，憑借其獨(dú)特的特性和優(yōu)勢(shì)，在LCD TV、LCD顯示器、臺(tái)式PC、LCD投影儀以及免提車(chē)載電話(huà)適配器等眾多應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師們需充分考慮元件選擇、電源旁路與布局、散熱設(shè)計(jì)以及負(fù)載阻抗等因素，以確保實(shí)現(xiàn)最佳的性能和可靠性。你在音頻放大器設(shè)計(jì)中遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？你認(rèn)為MAX9703/MAX9704能否解決這些問(wèn)題？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的看法。