MAX9724A/MAX9724B立體聲耳機(jī)放大器：小身材大能量

在電子設(shè)備不斷追求小型化和高性能的今天，耳機(jī)放大器在便攜式音頻設(shè)備中的作用愈發(fā)重要。今天我要和各位工程師分享的是Maxim推出的MAX9724A/MAX9724B立體聲耳機(jī)放大器，這兩款器件以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)和出色的性能，在便攜式設(shè)備領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)。

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一、產(chǎn)品概述

MAX9724A/MAX9724B專(zhuān)為對(duì)電路板空間要求苛刻的便攜式設(shè)備而設(shè)計(jì)。它們采用了Maxim獨(dú)特的DirectDrive?架構(gòu)，能夠從單電源產(chǎn)生以地為參考的輸出，無(wú)需使用大型直流阻隔電容，這不僅節(jié)省了成本和電路板空間，還降低了組件高度。此外，該放大器能有效抑制輸入和電源走線作為天線接收到的射頻輻射，防止放大器對(duì)耦合噪聲進(jìn)行解調(diào)。MAX9724A提供外部可調(diào)增益，而MAX9724B則具有內(nèi)部預(yù)設(shè)的 -1.5V/V增益。這兩款放大器每通道可向32Ω負(fù)載提供高達(dá)60mW的功率，總諧波失真加噪聲（THD+N）低至0.02%。在1kHz時(shí)，電源抑制比（PSRR）高達(dá)80dB，可在嘈雜的數(shù)字電源下工作，無(wú)需額外的線性穩(wěn)壓器。其全面的咔嗒聲和噗噗聲抑制電路可在啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)抑制可聽(tīng)的咔嗒聲和噗噗聲。

主要應(yīng)用場(chǎng)景

• DVD播放器
• 智能手機(jī)
• PDA
• 手機(jī)
• MP3播放器
• 筆記本電腦
• 掌上游戲機(jī)

二、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

1. 卓越的射頻噪聲抑制能力

相比典型放大器，其射頻噪聲抑制能力可提高多達(dá)67dB，有效減少了外界射頻信號(hào)對(duì)音頻信號(hào)的干擾，為用戶(hù)提供了純凈的音頻體驗(yàn)。各位想想，在充滿(mǎn)各種無(wú)線信號(hào)的環(huán)境中，能有這樣出色的抗干擾能力，對(duì)于音頻設(shè)備來(lái)說(shuō)是多么重要。你在測(cè)試音頻設(shè)備時(shí)有沒(méi)有遇到過(guò)射頻干擾導(dǎo)致音質(zhì)下降的情況呢？

2. 無(wú)需大型直流阻隔電容

DirectDrive架構(gòu)的應(yīng)用是一大創(chuàng)新，省去了大型直流阻隔電容，這對(duì)于便攜式設(shè)備的小型化設(shè)計(jì)至關(guān)重要。不僅節(jié)省了空間，還減少了成本，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

3. 低功耗關(guān)機(jī)模式

關(guān)機(jī)模式下電流小于0.1μA，極大地降低了靜態(tài)功耗，延長(zhǎng)了電池續(xù)航時(shí)間，這對(duì)于依賴(lài)電池供電的便攜式設(shè)備來(lái)說(shuō)是一個(gè)關(guān)鍵特性。

4. 可調(diào)節(jié)或固定增益選擇

MAX9724A提供可調(diào)增益，方便設(shè)計(jì)師根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行靈活調(diào)整；而MAX9724B則具有固定的 -1.5V/V增益，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。

5. 低失真和高電源抑制比

低至0.02%的THD+N和80dB的PSRR，確保了輸出音頻信號(hào)的高質(zhì)量和穩(wěn)定性，減少了失真和電源噪聲對(duì)音頻的影響。

6. 節(jié)省空間的封裝形式

提供12凸塊UCSP（1.5mm x 2mm）和12引腳薄QFN（3mm x 3mm x 0.8mm）兩種封裝形式，滿(mǎn)足了不同設(shè)備對(duì)尺寸的要求。

三、關(guān)鍵參數(shù)解讀

1. 絕對(duì)最大額定值

了解器件的絕對(duì)最大額定值對(duì)于確保其安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。例如，VDD的范圍為 -0.3V至 +6V，不同引腳之間也有相應(yīng)的電壓限制。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，我們必須嚴(yán)格遵守這些參數(shù)，否則可能會(huì)導(dǎo)致器件永久性損壞。你在實(shí)際設(shè)計(jì)中有沒(méi)有因?yàn)閰?shù)超出范圍而導(dǎo)致器件損壞的經(jīng)歷呢？

2. 電氣特性

在VDD = 5V等典型條件下，其各項(xiàng)電氣特性表現(xiàn)出色。如靜態(tài)電流ICC為3.5mA，關(guān)機(jī)電流ISHDN小于1μA，在不同負(fù)載和輸出功率下，THD+N和功率等指標(biāo)都有明確的數(shù)值。這些參數(shù)為我們?cè)u(píng)估器件的性能提供了依據(jù)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的工作條件。

四、典型工作特性分析

通過(guò)各種特性曲線，我們可以更直觀地了解器件在不同條件下的性能表現(xiàn)。例如，總諧波失真加噪聲（THD+N）與輸出功率的關(guān)系曲線，展示了在不同輸出功率下的失真情況；輸出功率與負(fù)載電阻和電荷泵電容大小的關(guān)系曲線，有助于我們選擇合適的負(fù)載電阻和電容值，以獲得最佳的輸出功率。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們可以根據(jù)這些曲線進(jìn)行優(yōu)化，提高產(chǎn)品的性能。

五、詳細(xì)技術(shù)剖析

1. DirectDrive架構(gòu)

傳統(tǒng)單電源耳機(jī)放大器需要大型輸出耦合電容來(lái)偏置輸出信號(hào)，而MAX9724A/MAX9724B的DirectDrive架構(gòu)通過(guò)電荷泵創(chuàng)建內(nèi)部負(fù)電源電壓，使輸出以地為參考，無(wú)需大型直流阻隔電容。這一架構(gòu)不僅節(jié)省了空間和成本，還改善了頻率響應(yīng)。就像給音頻信號(hào)開(kāi)辟了一條更暢通的道路，減少了不必要的阻礙。

2. 電荷泵

采用低噪聲電荷泵，270kHz的開(kāi)關(guān)頻率遠(yuǎn)高于音頻范圍，不會(huì)干擾音頻信號(hào)。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)速度，減少了開(kāi)關(guān)瞬態(tài)產(chǎn)生的噪聲，同時(shí)也降低了寄生鍵合線和走線電感引起的di/dt噪聲。在對(duì)音質(zhì)要求較高的應(yīng)用中，這一特性顯得尤為重要。

3. 射頻抗擾度

現(xiàn)代音頻系統(tǒng)容易受到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)網(wǎng)絡(luò)等射頻輻射的影響。MAX9724A/MAX9724B通過(guò)拒絕射頻噪聲并防止其耦合到音頻頻段，有效解決了射頻抗擾度問(wèn)題。與普通放大器相比，其在不同射頻載波頻率下的表現(xiàn)有明顯改善。

4. 咔嗒聲和噗噗聲抑制

傳統(tǒng)單電源音頻放大器中，輸出耦合電容會(huì)導(dǎo)致明顯的咔嗒聲和噗噗聲。而MAX9724A/MAX9724B無(wú)需輸出耦合電容，從根本上避免了這一問(wèn)題。同時(shí)，其內(nèi)部的抑制電路還能消除器件內(nèi)部的可聽(tīng)瞬態(tài)源。在啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)適當(dāng)延遲SHDN的上升時(shí)間，可以進(jìn)一步消除輸入濾波器引起的咔嗒聲和噗噗聲。

5. 關(guān)機(jī)模式

低至小于0.1μA的關(guān)機(jī)模式電流，大大降低了靜態(tài)功耗。通過(guò)將SHDN引腳拉低，可以禁用放大器和電荷泵；拉高SHDN引腳則可使放大器和電荷泵重新啟用。這一特性對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)的便攜式設(shè)備非常實(shí)用。

六、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 功率耗散

線性功率放大器在正常工作時(shí)會(huì)消耗大量功率。我們需要根據(jù)不同封裝的最大允許功率耗散來(lái)合理設(shè)計(jì)電路。如果功率耗散超過(guò)允許值，可以通過(guò)降低VDD、增加負(fù)載阻抗、降低環(huán)境溫度或添加散熱裝置等方法來(lái)解決。熱過(guò)載保護(hù)電路會(huì)在結(jié)溫超過(guò) +150°C時(shí)禁用放大器輸出級(jí)，確保器件的安全。

2. 輸出動(dòng)態(tài)范圍和最大輸出擺幅

在設(shè)置最大輸出增益之前，需要先確定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，避免輸出信號(hào)超出系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍而導(dǎo)致削波失真。當(dāng)輸出負(fù)載阻抗大于1kΩ時(shí)，MAX9724A/MAX9724B的輸出可以在接近電源軌的幾毫伏范圍內(nèi)擺動(dòng)，但在電源電壓超過(guò)4.35V時(shí)，需要注意輸出電壓的峰值不能超過(guò)絕對(duì)最大額定值。

3. 欠壓鎖定（UVLO）

UVLO功能可防止在電源電壓低于2.7V時(shí)器件工作，確保在電源電壓不足的情況下設(shè)備能正常運(yùn)行，避免電池過(guò)度放電。當(dāng)電源電壓超過(guò)UVLO閾值且SHDN引腳為高電平時(shí)，電荷泵開(kāi)啟，放大器供電。

4. 組件選擇

• 輸入耦合電容：與輸入電阻共同構(gòu)成高通濾波器，去除輸入信號(hào)的直流偏置。應(yīng)選擇合適的電容值，使 -3dB點(diǎn)遠(yuǎn)低于感興趣的最低頻率，同時(shí)要考慮電容的介質(zhì)特性，避免使用高電壓系數(shù)的陶瓷電容導(dǎo)致低頻失真。
• 電荷泵電容：建議使用低ESR的陶瓷電容，對(duì)于寬溫度范圍的應(yīng)用，選擇X7R介質(zhì)的電容。飛行電容（C1）的大小會(huì)影響電荷泵的負(fù)載調(diào)節(jié)和輸出電阻，保持電容（C2）的大小和ESR直接影響PVSS的紋波。
• 電源旁路電容：旁路VDD引腳，降低電源輸出阻抗，減少電荷泵開(kāi)關(guān)瞬態(tài)的影響。應(yīng)選擇與C1相同值的電容，并將其靠近VDD和PGND引腳放置。

  5. 放大器增益

  MAX9724B的增益內(nèi)部設(shè)置為 -1.5V/V，減少了外部組件數(shù)量；MAX9724A的增益可通過(guò)外部反饋電阻和輸入電阻設(shè)置，公式為AV = -RF / RIN。在選擇反饋電阻時(shí)，應(yīng)選擇幾十kΩ范圍內(nèi)的值，同時(shí)要考慮輸入設(shè)備的源電阻對(duì)整體閉環(huán)增益的影響。

  6. 線路輸出放大器和濾波器模塊

  MAX9724A可作為音頻線路驅(qū)動(dòng)器，在單5V電源下為10kΩ負(fù)載提供2VRMS的輸出。當(dāng)用于驅(qū)動(dòng)立體聲設(shè)備時(shí)，可以配置為線路驅(qū)動(dòng)器和有源低通濾波器，去除DAC輸出的高頻量化噪聲，同時(shí)提供標(biāo)準(zhǔn)的音頻輸出電平。

  7. 布局和接地

  合理的布局和接地對(duì)于獲得最佳性能至關(guān)重要。將PGND和SGND在PCB板上單點(diǎn)連接，PVSS連接到SVSS并通過(guò)1μF電容旁路。將電源旁路電容和電荷泵保持電容靠近MAX9724放置，將PGND和攜帶開(kāi)關(guān)瞬態(tài)的走線遠(yuǎn)離SGND和音頻信號(hào)路徑。對(duì)于薄QFN封裝，要確保暴露焊盤(pán)與PGND、SGND和VDD電氣隔離，只有在布局需要時(shí)才將其連接到SVSS。

七、總結(jié)

MAX9724A/MAX9724B立體聲耳機(jī)放大器以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)、出色的性能和豐富的應(yīng)用特性，為便攜式音頻設(shè)備的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)和工作條件，并注意組件選擇、布局和接地等設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。各位工程師在使用過(guò)程中如果有任何疑問(wèn)或經(jīng)驗(yàn)，歡迎分享交流。希望這篇文章能對(duì)大家在設(shè)計(jì)耳機(jī)放大器電路時(shí)有所幫助。