低功耗音頻新選擇：MAX9716/MAX9717音頻功率放大器解析

在如今的電子設(shè)備中，音頻功能是不可或缺的一部分。從智能手機(jī)到便攜式音樂播放器，我們對(duì)高品質(zhì)音頻的需求越來越高。而音頻功率放大器作為音頻系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，其性能直接影響著音頻的質(zhì)量和播放效果。今天，我們就來深入了解一下Maxim公司推出的兩款低功耗、單聲道、1.4W BTL音頻功率放大器——MAX9716和MAX9717。

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產(chǎn)品概述

MAX9716和MAX9717是專為帶有內(nèi)置揚(yáng)聲器的便攜式音頻設(shè)備而設(shè)計(jì)的音頻功率放大器。它們采用了橋接負(fù)載（BTL）架構(gòu)，這種架構(gòu)不僅能夠減少外部組件的數(shù)量，還能提供高質(zhì)量的音頻再現(xiàn)。這兩款放大器在單+5V電源供電的情況下，能夠向4Ω負(fù)載提供1.4W的連續(xù)功率，總諧波失真（THD）小于1%；在8Ω負(fù)載下，能提供1W的連續(xù)功率。此外，在單+3.0V電源供電時(shí)，它們還能向8Ω負(fù)載提供350mW的連續(xù)功率。

關(guān)鍵特性

• 寬電源電壓范圍：支持2.7V至5.5V的單電源供電，這使得它們能夠適應(yīng)各種不同的電源環(huán)境，為設(shè)計(jì)帶來了更大的靈活性。
• 低功耗關(guān)機(jī)模式：在關(guān)機(jī)模式下，靜態(tài)電流消耗可降低至10nA，大大延長了電池的使用壽命，這對(duì)于便攜式設(shè)備來說尤為重要。
• 高電源抑制比（PSRR）：在1kHz時(shí)，PSRR可達(dá)73dB，能夠有效抑制電源噪音，提高音頻的純凈度。
• 無咔嗒聲和爆音：采用了Maxim公司領(lǐng)先的咔嗒聲和爆音抑制技術(shù)，在開機(jī)和關(guān)機(jī)過程中不會(huì)產(chǎn)生可聽的咔嗒聲和爆音，為用戶提供了更加舒適的聽覺體驗(yàn)。
• 多種增益選項(xiàng)：有可調(diào)增益放大器（MAX9716/MAX9717A）和內(nèi)部固定增益（6dB、9dB和12dB）的放大器（MAX9717B/MAX9717C/MAX9717D）可供選擇，能夠滿足不同應(yīng)用場景的需求。
• 耳機(jī)檢測功能（MAX9717）：MAX9717具有耳機(jī)檢測輸入（BTL/SE），當(dāng)檢測到耳機(jī)連接時(shí)，會(huì)自動(dòng)禁用BTL從驅(qū)動(dòng)器，將揚(yáng)聲器靜音，并以單端負(fù)載的方式驅(qū)動(dòng)耳機(jī)。
• 引腳兼容性：MAX9716與LM4890引腳兼容，MAX9717A與TPA711引腳兼容，方便進(jìn)行升級(jí)和替換。
• 緊湊封裝：提供緊湊型、熱增強(qiáng)型μMAX和TDFN（3mm x 3mm）封裝，節(jié)省了電路板空間，適合小型化設(shè)計(jì)。

電氣特性

絕對(duì)最大額定值

在使用這兩款放大器時(shí)，需要注意其絕對(duì)最大額定值，以確保設(shè)備的安全和可靠性。例如，電源電壓（VCC至GND）的范圍為 -0.3V至 +6V，其他引腳至GND的電壓范圍為 -0.3V至 (VCC + 0.3V) 等。不同封裝的連續(xù)功率耗散也有所不同，如8引腳TDFN封裝在 +70°C以上的降額系數(shù)為24.4mW/°C，最大連續(xù)功率耗散為1951mW。

電氣特性參數(shù)

在5V和3V電源供電的情況下，文檔詳細(xì)列出了這兩款放大器的各項(xiàng)電氣特性參數(shù)，包括靜態(tài)電源電流、關(guān)機(jī)電源電流、SHDN閾值、BTL/SE閾值、共模偏置電壓、輸出失調(diào)電壓、電源抑制比、輸出功率、總諧波失真加噪聲（THD+N）、輸出噪聲密度和信噪比等。這些參數(shù)為工程師在設(shè)計(jì)音頻系統(tǒng)時(shí)提供了重要的參考依據(jù)。

例如，在5V電源供電、8Ω負(fù)載、THD+N = 1%、fIN = 1kHz的條件下，輸出功率可達(dá)1.1W；在3V電源供電、8Ω負(fù)載、THD+N = 1%、fIN = 1kHz的條件下，輸出功率可達(dá)350mW。這些數(shù)據(jù)表明，這兩款放大器在不同的電源電壓和負(fù)載條件下都能提供穩(wěn)定的輸出功率。

典型工作特性

文檔中還給出了這兩款放大器的典型工作特性曲線，包括總諧波失真加噪聲（THD+N）與頻率、輸出功率的關(guān)系，輸出功率與電源電壓、負(fù)載電阻的關(guān)系，功率耗散與輸出功率、負(fù)載電阻的關(guān)系，電源抑制比與頻率的關(guān)系，電源電流與VCC的關(guān)系，增益和相位與頻率的關(guān)系，以及關(guān)機(jī)電流與溫度、VCC的關(guān)系等。通過這些曲線，我們可以直觀地了解放大器在不同工作條件下的性能表現(xiàn)。

例如，從THD+N與頻率的關(guān)系曲線中可以看出，在不同的電源電壓、負(fù)載電阻和增益條件下，THD+N隨著頻率的變化趨勢。這有助于工程師在設(shè)計(jì)音頻系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的工作頻率和增益，以獲得最佳的音頻性能。

引腳和功能說明

引腳配置

MAX9716和MAX9717提供了TDFN/μMAX和UCSP兩種封裝形式，文檔詳細(xì)列出了不同封裝下的引腳/凸點(diǎn)描述和功能。例如，SHDN引腳為低電平有效關(guān)機(jī)引腳，BIAS引腳用于連接直流偏置旁路電容，IN+和IN-分別為同相和反相輸入引腳，OUT+和OUT-為橋接放大器的正、負(fù)輸出引腳等。

功能說明

• BTL/SE控制輸入（MAX9717）：通過BTL/SE引腳可以控制放大器的工作模式。當(dāng)該引腳為低電平時(shí)，啟用從放大器（OUT-）；當(dāng)該引腳為高電平時(shí)，禁用從放大器。
• 關(guān)機(jī)模式：將SHDN引腳拉低，放大器進(jìn)入低功耗關(guān)機(jī)模式，此時(shí)靜態(tài)電流消耗可降低至10nA；將SHDN引腳拉高，放大器正常工作。
• 咔嗒聲和爆音抑制：在啟動(dòng)過程中，放大器的共模偏置電壓會(huì)逐漸上升到直流偏置；在進(jìn)入關(guān)機(jī)模式時(shí)，放大器的輸出會(huì)通過內(nèi)部20kΩ電阻拉至地，這種設(shè)計(jì)可以最大限度地減少音頻頻段內(nèi)的能量，從而抑制咔嗒聲和爆音。

應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

BTL放大器優(yōu)勢

MAX9716和MAX9717采用BTL配置，與單端配置相比，具有明顯的優(yōu)勢。在BTL配置中，負(fù)載兩端都有信號(hào)驅(qū)動(dòng)，輸出電壓是單端放大器的兩倍，因此輸出功率是單端放大器的四倍。此外，由于差分輸出的偏置電壓都在電源電壓的中間值，負(fù)載上沒有凈直流電壓，這就消除了單端放大器所需的直流阻隔電容，從而節(jié)省了電路板空間，降低了成本，同時(shí)也提高了低頻性能。

功率耗散和散熱

在正常工作條件下，這兩款放大器會(huì)消耗一定的功率。因此，需要注意功率耗散和散熱問題。不同封裝的最大功率耗散可以在絕對(duì)最大額定值部分找到，也可以通過公式計(jì)算得出。如果應(yīng)用中的功率耗散超過了封裝的最大允許值，可以通過增加接地平面的散熱能力、增大連接到設(shè)備的走線尺寸等方法來降低功率耗散。此外，MAX9716和MAX9717還具有熱過載保護(hù)功能，當(dāng)結(jié)溫超過+160°C時(shí)，會(huì)自動(dòng)禁用放大器輸出級(jí)，當(dāng)結(jié)溫下降15°C后，放大器會(huì)重新啟用。

增益設(shè)置

MAX9716和MAX9717A的增益可以通過外部反饋電阻來設(shè)置，公式為 (A{V}=2left(frac{R{F}}{R_{I N}}right))。其中，RF可以是固定電阻或可變電阻，這樣就可以使用數(shù)字控制電位器在軟件控制下改變?cè)鲆?。而MAX9717B、MAX9717C和MAX9717D的增益是內(nèi)部固定的，分別為6dB、9dB和12dB，這種設(shè)計(jì)簡化了電路設(shè)計(jì)，減少了引腳數(shù)量和電路板面積。

輸入和輸出濾波

輸入濾波器由CIN和RIN組成，它可以去除輸入信號(hào)中的直流偏置，使放大器能夠?qū)⑿盘?hào)偏置到最佳直流電平。輸出耦合電容（MAX9717在單端輸出配置時(shí)需要）可以阻擋放大器輸出的直流分量，防止直流電流流入負(fù)載。在選擇輸入和輸出電容時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的電容值，以確保濾波器的-3dB點(diǎn)在合適的范圍內(nèi)，從而保證放大器的低頻性能。

差分輸入優(yōu)勢

MAX9716可以配置為差分輸入，這種輸入方式的優(yōu)點(diǎn)是可以衰減任何共模噪聲，提高噪聲抑制能力和共模抑制比（CMRR）。為了獲得高CMRR，外部組件需要緊密匹配。

電源旁路和布局接地

為了確保低噪聲、低失真的性能，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾娫磁月?。建議在VCC和GND之間連接一個(gè)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。同時(shí)，旁路電容應(yīng)盡可能靠近設(shè)備。此外，合理的PC板布局和接地對(duì)于優(yōu)化性能也非常重要。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，并幫助散熱。正確的接地可以提高音頻性能，防止數(shù)字開關(guān)噪聲耦合到音頻信號(hào)中。

總結(jié)

MAX9716和MAX9717是兩款性能出色的音頻功率放大器，它們具有低功耗、高音質(zhì)、多種增益選項(xiàng)、引腳兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于各種便攜式音頻設(shè)備。在設(shè)計(jì)音頻系統(tǒng)時(shí)，我們需要根據(jù)實(shí)際需求，合理選擇放大器的工作模式、增益設(shè)置、輸入輸出濾波等參數(shù)，并注意功率耗散和散熱、電源旁路和布局接地等問題，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。希望通過本文的介紹，能幫助大家更好地了解這兩款放大器，并在實(shí)際設(shè)計(jì)中發(fā)揮它們的優(yōu)勢。

你在使用這兩款放大器的過程中遇到過哪些問題？或者你對(duì)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)有什么獨(dú)特的見解？歡迎在評(píng)論區(qū)留言分享！