高性能音頻利器：MAX9713/MAX9714 6W無濾波器擴頻單聲道/立體聲D類放大器解析

在當(dāng)今音頻設(shè)備市場中，追求高音質(zhì)、小體積和低功耗的設(shè)計需求日益增長。D類放大器憑借其高效率的特性，成為了眾多音頻設(shè)備的理想選擇。而MAXIM公司推出的MAX9713/MAX9714 6W無濾波器擴頻單聲道/立體聲D類放大器，更是在性能和功能上有著出色的表現(xiàn)。下面，我們就詳細(xì)了解一下這款放大器。

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一、概述

MAX9713/MAX9714是一款高性能的音頻功率放大器，采用D類架構(gòu)，兼具AB類放大器的性能和D類放大器的效率。其獨特之處在于無需傳統(tǒng)的輸出濾波器，減少了電路板空間，同時也避免了使用笨重的散熱片。該放大器可提供高達6W的輸出功率，效率超過85%，適用于多種音頻應(yīng)用場景。

二、產(chǎn)品特性

2.1 無濾波器設(shè)計

傳統(tǒng)的D類放大器需要輸出濾波器來恢復(fù)音頻信號，這不僅增加了成本和解決方案的尺寸，還可能降低效率。而MAX9713/MAX9714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功能，無需輸出濾波器即可恢復(fù)音頻信號，實現(xiàn)了更小、更經(jīng)濟、更高效的解決方案。不過，為了獲得最佳效果，建議使用串聯(lián)電感大于30μH的揚聲器，當(dāng)揚聲器電感大于60μH時可實現(xiàn)最佳效率。

2.2 擴頻模式

該放大器提供兩種調(diào)制方案：固定頻率模式（FFM）和擴頻模式（SSM）。SSM模式可降低因調(diào)制頻率產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）輻射，通過將開關(guān)頻率在中心頻率（335kHz）附近隨機變化±1.7%kHz，使寬帶頻譜分量變平，改善了揚聲器和電纜可能輻射的EMI發(fā)射。

2.3 高效性能

在效率方面，D類放大器的輸出晶體管作為電流導(dǎo)向開關(guān)，消耗的額外功率可忽略不計。其功率損耗主要來自MOSFET導(dǎo)通電阻的I2R損耗和靜態(tài)電流開銷。理論上，線性放大器的最佳效率為78%，但僅在峰值輸出功率時才能達到，在正常工作水平下效率會降至30%以下，而MAX9714在相同條件下仍能保持超過80%的效率。

2.4 低失真和高信噪比

具有低至0.07%的總諧波失真加噪聲（THD+N）和超過95dB的信噪比（SNR），能夠提供清晰、純凈的音頻輸出。

2.5 保護功能

具備短路和熱過載保護功能，可防止設(shè)備在故障條件下?lián)p壞，確保了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

2.6 低功耗模式

擁有低功耗關(guān)斷模式，關(guān)斷電流僅為0.2μA，有助于延長電池壽命，適用于便攜式設(shè)備。

2.7 集成式咔嗒聲和噗噗聲抑制

全面的咔嗒聲和噗噗聲抑制功能可消除啟動和關(guān)斷時的可聽瞬態(tài)，在啟動過程中，輸入放大器會靜音，內(nèi)部環(huán)路會將調(diào)制器偏置電壓設(shè)置到正確水平，隨后軟啟動功能會逐漸解除輸入放大器的靜音狀態(tài)。為了獲得最佳性能，軟啟動電容CSS應(yīng)至少為0.18μF。

2.8 增益選擇

通過引腳選擇增益，可減少組件數(shù)量，用戶可根據(jù)不同的輸入電壓和負(fù)載選擇合適的增益設(shè)置，以獲得最大輸出功率。

三、電氣特性

3.1 電源電壓范圍

電源電壓范圍為10V至25V，可適應(yīng)不同的電源系統(tǒng)。

3.2 靜態(tài)電流

MAX9713在負(fù)載為無窮大時的靜態(tài)電流典型值為17.5mA，MAX9714的靜態(tài)電流典型值為18mA。

3.3 關(guān)斷電流

關(guān)斷電流最大值為1.5μA，在低功耗模式下可有效降低功耗。

3.4 輸出功率

在THD+N為10%、f = 1kHz的條件下，當(dāng)負(fù)載為16Ω時，輸出功率可達8W；當(dāng)負(fù)載為8Ω時，輸出功率可達6W。

3.5 其他特性

還具有高電源抑制比（PSRR）、低輸出偏移電壓、高共模抑制比（CMRR）等特性，保證了放大器的性能穩(wěn)定。

四、工作模式

4.1 固定頻率調(diào)制（FFM）模式

MAX9713/MAX9714具有三種不同開關(guān)頻率的FFM模式，可通過FS1和FS2引腳進行選擇。在FFM模式下，D類輸出的頻譜由基本開關(guān)頻率及其相關(guān)諧波組成。如果一個或多個諧波的頻率落在敏感頻段內(nèi)，可將開關(guān)頻率改變±35%，且不影響音頻再現(xiàn)。

4.2 擴頻調(diào)制（SSM）模式

通過設(shè)置FS1 = FS2 = H可啟用SSM模式。在該模式下，開關(guān)頻率在中心頻率（335kHz）附近隨機變化±1.7%kHz，使能量分布在更寬的帶寬上，減少了特定頻率的能量集中，從而改善了EMI特性。

五、應(yīng)用信息

5.1 輸入放大器配置

• 差分輸入：采用差分輸入結(jié)構(gòu)，與許多編解碼器兼容，能有效減少共模噪聲的拾取，提供比單端輸入放大器更好的抗噪性能。
• 單端輸入：可通過電容耦合將一個輸入接地，驅(qū)動另一個輸入，將其配置為單端輸入放大器。

5.2 組件選擇

• 輸入濾波器：輸入電容CIN與MAX9713/MAX9714的輸入阻抗形成高通濾波器，用于去除輸入信號的直流偏置。應(yīng)選擇電壓系數(shù)低的電介質(zhì)電容，如鉭或鋁電解電容，以避免低頻失真。
• 電荷泵電容：為了獲得最佳性能，應(yīng)使用等效串聯(lián)電阻（ESR）小于100mΩ的電容，低ESR陶瓷電容可最小化電荷泵的輸出電阻。在擴展溫度范圍內(nèi)，建議選擇具有X7R電介質(zhì)的電容。
• 飛跨電容（C1）：其值會影響電荷泵的負(fù)載調(diào)節(jié)和輸出電阻，適當(dāng)增加C1的值可改善負(fù)載調(diào)節(jié)并降低電荷泵輸出電阻，但當(dāng)C1大于1μF時，開關(guān)的導(dǎo)通電阻和C1、C2的ESR將起主導(dǎo)作用。
• 輸出電容（C2）：輸出電容的值和ESR直接影響CHOLD處的紋波，增加C2可減少輸出紋波，降低C2的ESR可同時減少紋波和輸出電阻。在最大輸出功率較低的系統(tǒng)中，可使用較低電容值的電容。

5.3 輸出濾波

雖然MAX9713/MAX9714無需輸出濾波器，但在某些情況下，如因電路板布局或電纜長度導(dǎo)致輻射發(fā)射不合格，或電路靠近EMI敏感設(shè)備時，可使用輸出濾波。對于輻射頻率高于10MHz的情況，可使用鐵氧體磁珠濾波器；對于輻射頻率低于10MHz的情況，或放大器與揚聲器之間使用長引線連接時，可使用LC濾波器。

5.4 共享輸入源

在某些系統(tǒng)中，單個音頻源可由多個設(shè)備共享。當(dāng)共享輸入時，通常會將未使用的設(shè)備靜音，而不是完全關(guān)閉，以防止未使用設(shè)備的輸入對輸入信號產(chǎn)生失真?？赏ㄟ^將SS引腳拉低來靜音MAX9713/MAX9714，此操作僅影響輸出狀態(tài)，不影響輸入偏置電平。

5.5 電源旁路和布局

正確的電源旁路可確保低失真操作，建議在每個VDD引腳附近使用0.1μF的電容將VDD旁路到PGND。AGND和PGND應(yīng)星型連接到系統(tǒng)地，可參考MAX9714評估套件的布局指南進行設(shè)計。

六、總結(jié)

MAX9713/MAX9714 6W無濾波器擴頻單聲道/立體聲D類放大器以其出色的性能、豐富的功能和靈活的應(yīng)用特性，為音頻設(shè)備設(shè)計提供了一個優(yōu)秀的解決方案。無論是在筆記本電腦、液晶顯示器、液晶電視等消費電子設(shè)備，還是在車載免提電話適配器等汽車電子領(lǐng)域，都能發(fā)揮其優(yōu)勢，滿足用戶對高品質(zhì)音頻的需求。在實際設(shè)計中，電子工程師可根據(jù)具體應(yīng)用場景，合理選擇組件和配置參數(shù)，以實現(xiàn)最佳的音頻性能。你在使用這款放大器的過程中，遇到過哪些有趣的問題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。