探索MAX9715：2.8W低EMI立體聲無濾波器D類音頻放大器的卓越性能

在音頻放大器的領域中，D類放大器憑借其高效節(jié)能的特點逐漸成為主流選擇。今天，我們要深入探討的是Maxim公司的MAX9715——一款2.8W低EMI立體聲無濾波器D類音頻放大器，看看它在音頻處理方面有哪些獨特之處。

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一、產(chǎn)品概述

MAX9715是一款高效的立體聲D類音頻功率放大器，在5V電源供電的情況下，每個聲道能夠向4Ω的揚聲器提供高達2.8W的功率。它采用了Maxim的第二代D類技術，具備強大的輸出保護功能、高功率效率以及高電源抑制比（PSRR），同時還無需輸出濾波器，為工程師們的設計帶來了極大的便利。

二、產(chǎn)品特性亮點

（一）電源與效率

• 單電源供電：支持5V單電源操作，簡化了電源設計，降低了成本。
• 低功耗：靜態(tài)電流僅為12mA，在關機模式下，電源電流可降至小于100nA，有效延長了電池續(xù)航時間。
• 高效率：在(R_{L}=8 Omega) 、(Pout =1 ~W) 的條件下，效率可達86%，相比傳統(tǒng)的AB類放大器，節(jié)能效果顯著。

（二）低EMI設計

采用擴頻調(diào)制器，能夠有效降低電磁干擾（EMI）。其開關頻率在中心頻率（1.22MHz）周圍隨機變化±120kHz，將原本集中在開關頻率倍數(shù)處的頻譜能量分散到一個頻率范圍內(nèi)，減少了高頻段的頻譜分量幅度，從而降低了可能由揚聲器和電纜輻射的EMI。

（三）音頻性能

• 高PSRR：在1kHz時PSRR高達71dB，能夠在嘈雜的電源環(huán)境下穩(wěn)定工作，無需額外的穩(wěn)壓電路。
• 低失真：總諧波失真加噪聲（THD+N）在1kHz、(R{L}=8 Omega) 、(P{OUT}=1.2W) 的條件下僅為0.06%，能夠提供清晰、純凈的音頻輸出。
• 增益可選：內(nèi)部增益有+9.0dB和+10.5dB兩種可選設置，可以根據(jù)音頻輸入電平以及揚聲器負載來調(diào)整放大器的增益。

（四）保護功能

具備短路和熱保護功能，能夠在輸出短路或芯片過熱的情況下自動保護芯片，避免損壞。同時，還集成了全面的咔嗒聲和噗噗聲抑制功能，消除了在啟動和關機時可能出現(xiàn)的可聽噪聲。

三、電氣特性分析

（一）電源相關參數(shù)

• 電源電壓范圍：4.5V - 5.5V，能夠適應一定范圍內(nèi)的電源波動。
• 靜態(tài)電流：無負載時典型值為12.8mA，關機時電源電流典型值為0.1μA。

（二）音頻性能參數(shù)

• 輸出功率：在不同負載和失真率條件下，輸出功率有所不同。例如，在(R_{L}=4 Omega) 、THD+N = 10%時，輸出功率可達2.8W。
• THD+N：如前文所述，在特定條件下能夠?qū)崿F(xiàn)低至0.06%的失真率。
• 信噪比（SNR）：在(P_{OUT}=1W) 、帶寬為22Hz - 22kHz時，SNR為89dB；A加權時為93dB，能夠提供清晰的音頻信號。

（三）數(shù)字輸入?yún)?shù)

• 輸入高電壓：(V_{IH}) 為2.0V。
• 輸入低電壓：(V_{IL}) 為0.8V。
• 輸入泄漏電流：(I_{LEAK}) 在SHDN和GAIN引腳處典型值為±1μA。

四、典型工作特性

通過一系列的圖表，我們可以直觀地了解MAX9715在不同條件下的性能表現(xiàn)。

• THD+N與頻率和輸出功率的關系：在不同負載和輸出功率下，THD+N隨頻率的變化情況不同。一般來說，在低頻段和低輸出功率時，THD+N較低。
• 效率與輸出功率和電源電壓的關系：效率隨著輸出功率的增加而提高，在一定輸出功率范圍內(nèi)能夠保持較高的效率。同時，電源電壓的變化對效率也有一定的影響。
• 輸出頻譜與頻率的關系：擴頻調(diào)制使得輸出頻譜更加分散，降低了高頻段的能量集中。

五、引腳說明

MAX9715采用16引腳TQFN - EP封裝，各引腳功能明確。

• 電源與接地引腳：包括PVDD、VDD、PGND和GND，為芯片提供電源和接地。
• 音頻輸入輸出引腳：INL、INR為左右聲道輸入，OUTL+、OUTL - 、OUTR+、OUTR - 為左右聲道輸出。
• 控制引腳：GAIN用于增益選擇，SHDN用于關機控制。
• 偏置引腳：BIAS提供1.8V的偏置電壓。

六、詳細工作原理與優(yōu)勢

（一）無濾波器調(diào)制與共模空閑

傳統(tǒng)的D類放大器需要LC濾波器來恢復音頻信號，而MAX9715采用的擴頻調(diào)制方案消除了對LC濾波器的需求。當輸入無信號時，其兩個輸出相互抵消，使得揚聲器兩端沒有凈的空閑模式電壓，從而降低了功耗。

（二）增益選擇

通過控制GAIN引腳的高低電平，可以選擇不同的增益設置。驅(qū)動GAIN為高電平時，揚聲器放大器增益為+9dB；驅(qū)動GAIN為低電平時，增益為+10.5dB。我們可以根據(jù)具體的應用需求，結合不同的負載和輸出功率，計算出所需的輸入電壓。

（三）關機模式

當SHDN引腳驅(qū)動為低電平時，MAX9715進入低功耗關機模式，此時輸出放大器、偏置電路被禁用，BIAS引腳被拉至地，有效降低了靜態(tài)功耗。

（四）咔嗒聲和噗噗聲抑制

在啟動或開機時，調(diào)制器偏置電壓會被設置到正確的電平，同時輸入放大器會被靜音25ms，讓輸入電容充電至偏置電壓，之后放大器再解除靜音，確保了無咔嗒聲啟動。

七、應用信息與設計建議

（一）無濾波器操作

MAX9715無需輸出濾波器，它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音頻信號。不過，為了獲得最佳效率，建議使用串聯(lián)電感大于30μH的揚聲器。

（二）元件選擇

• 輸入濾波器：輸入電容（CIN）與放大器輸入電阻（RIN）構成高通濾波器，用于去除輸入信號的直流偏置。我們需要選擇合適的CIN值，使-3dB點遠低于感興趣的最低頻率，同時建議使用低電壓系數(shù)電介質(zhì)的電容器，如鉭或鋁電解電容器。
• 輸出濾波器：雖然MAX9715本身不需要輸出濾波器，但在某些情況下，如輻射發(fā)射不達標、電路板布局不佳、電纜過長或電路靠近對EMI敏感的設備時，可以使用鐵氧體磁珠濾波器、共模扼流圈或LC濾波器。

（三）電源旁路、布局和接地

• 布局：使用大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，同時有助于散熱。
• 接地：采用星形連接將GND和PGND在電路板上的一點連接起來，將攜帶開關瞬變的接地返回路徑連接到功率地（PGND），并保持連接到PGND的高電流返回路徑短且遠離模擬地（GND）和音頻輸入信號路徑中的任何走線或元件。
• 旁路電容：每個PVDD引腳通過0.1μF的電容旁路到PGND，VDD引腳通過0.1μF的電容旁路到GND，并在VDD和PGND之間放置一個大容量電容。

（四）雙放大器配置

在典型應用電路中，MAX9715可以配置為中高頻放大器，而MAX9713可以配置為單聲道低音放大器。通過電容和電阻的合理選擇，可以設置高通和低通濾波器的截止頻率，實現(xiàn)不同頻段的音頻放大。

八、總結

MAX9715以其高效、低EMI、低失真以及豐富的保護功能等特點，成為了音頻放大器市場中的一款優(yōu)秀產(chǎn)品。無論是在高端筆記本音頻、LCD投影儀、便攜式音頻設備還是多媒體擴展塢等應用中，它都能夠提供出色的音頻性能。作為電子工程師，在設計音頻系統(tǒng)時，MAX9715無疑是一個值得考慮的選擇。大家在實際應用中是否遇到過類似產(chǎn)品的設計挑戰(zhàn)呢？又有哪些獨特的解決方案呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。