无滤波器双路D类功放MAX9713/9714原理与应用

1 概述  

MAX9713/MAX9714无滤波器D类音频功率放大器是MAXIM公司生产的开关型功率放大器的改进产品,其中MAX9713是单声道功率放大器,MAX9714是立体声功率放大器,它们均具有AB类功率放大器的性能和D类功率放大器的效率,且不需要传统D类功率放大器的输出滤波器,也不需要散热器,因而节省了电路板面积,降低了设计成本｡MAX9713/MAX9714器件采用10V~25V单电源电压供电,静态电流仅为18mA｡在单路工作模式下,该器件可向8Ω负载输出高达6W的功率,且效率高达85%,THD+N低于0.07%,SNR超过100dB,同时还具有短路和过热保护功能｡因而可以广泛应用在台式计算机､笔记本电脑､汽车音响､LCD监视器､投影仪和家用电视接收机等设备中｡

2 引脚功能和主要参数  

2.1 引脚功能  

MAX9713/MAX9714均采用32脚TQFN封装,MAX9713的封装尺寸为5mm%26;#215;5mm,MAX9714的封装尺寸为7mm%26;#215;7mm,其引脚排列如图1所示,各引脚的功能如下:  
PGND:电源地;  
VDD:电源端,电压范围为10~25V;  
C1N:充放电电容负极;  
C1P:充放电电容正极;
CHOLD:充放电容控制电容接入端,设计时可用1μF电容连接到VDD端;  
N.C.:空脚;  
REG:内部调节器输出端,应使用0.47μF电容对地旁路;  
AGND:模拟信号地;  
IN+:同相输入端;  
IN-:反相输入端;  
SS:软启动端,使用时应在SS端到地GND端接0.47μF的电容;  
SHDN:关机控制端,低电平有效;  
G1,G2:分别为增益选择1和2端;  
FS1,FS2:分别为频率选择1和2端;  
OUT-:音频信号反相输出端;  
OUT+:音频信号同相输出端;  
INL-:左通道反相输入端;  
INL+:左通道同相输入端;  
INR-:右通道反相输入端;  
INR+:右通道同相输入端;  
OUTR-:右通道音频信号反相输出端;  
OUTR+:右通道音频信号同相输出端;  
OUTL-:左通道音频信号反相输出端;  
OUTL+:左通道音频信号同相输出端｡  

2.2 主要性能参数  

MAX9713/MAX9714的主要性能参数｡



3 电路原理与外围电路设计  

MAX9714的内部原理框图如图2所示,与MAX9713相比,MAX9714仅多了一个放大通道,其余部分完全相同｡下面以MAX9714为例,简要分析其主要单元电路的工作原理｡  

3.1 信号输入电路  

MAX9713/ MAX9714内部采用全差动输入结构,与多媒体数字解码器输出兼容,可直接相连｡由于MAX9713/MAX9714采用的是差动输入结构,因而可有效放大两个输入端的差模信号,同时也可抑制输入信号中的共模噪声｡在有些应用场合,还可设置为单端输入方式,但此时输入信号､公共地到两个输入端之间的耦合电容不能省去｡  

输入电路中的电容CIN既是信号耦合电容,又可与MAX9713/MAX9714的输入阻抗构成高通滤波器,其电容值的大小直接影响高通滤波器下限截止频率的高低,为了使放大器具有较好的低频特性,CIN的电容值不能太小,一般取0.47μF较为合适｡电容CIN宜选用钽电容或铝电解电容,耐压值较高的陶瓷电容虽然也可以使用,但是容易引起低频失真,所以一般不宜使用｡  

3.2 调制模式  

MAX9713/MAX9714的调制方案有固定频率模式FFM 和扩散频谱模式SSM 两种｡在固定频率模式FFM 下,可由FS1和FS2设定开关频率,其输出信号频谱由开关频率及其谐波成分组成,因此,即使开关频率在标称值的35%范围内变化,也不会影响电路对音频信号的再现｡  

扩散频谱模式SSM 是Maxim公司独有的､具有专利技术的调制方案,可使输出信号频谱变得较为平坦,并能有效降低扬声器和连接电缆的EMI辐射 满足FCC辐射标准｡在SSM模式(通过置FS1=FS2=H来完成设置),开关频率将围绕中心频率(335kHz)在%26;#177;1.7%kHz内变化｡虽然调制方式还是一样,但是三角波的周期在循环变化｡输出信号频谱则随开关频率变化而变化,而对于能量谱,它们通常随着频率的变化分布在整个频带内,这样的频谱看起来就像白噪声,EMI辐射也相应降低｡



3.3 输出电路  

传统的D类音频功率放大器为了从放大后的PWM输出信号中还原音频信号,往往需要一个输出滤波器,这样既增加了成本和放大器的尺寸,又降低了效率｡MAX9713/MAX9714不需要输出滤波器,而是利用扬声器内固有的线圈电感和扬声器来对发声频率范围内人耳所能听到的声音成份实现自然滤波,以达到体积更小､成本更低､效率更高的目的｡这是因为,MAX9713/MAX9714的工作频率远远超过大多数扬声器的发声频率范围｡由于扬声器音频线圈的振动受低频信号的影响较大,受高频信号的影响非常小,因此,只要采用线圈电感大于30μH的扬声器就能有效还原PWM输出中的音频信号｡典型的8Ω扬声器的线圈电感一般在30μH到100μH之间,所以无需输出滤波器,选用线圈电感值大于60μH的扬声器可达到最佳的输出效果｡  

虽然MAX9713/MAX9714不需要输出滤波器,但是在使用时必须注意:输出端与扬声器之间的连接电缆长度不得超过36cm｡如果遇到输出线路的长度超过36cm､电路板设计不够合理而影响输出效果､电路附近有电磁辐射敏感设备等情况,就必须设计输出滤波器｡  

3.4 开关机噪声抑制电路  

MAX9713/MAX9714内部具有开关机噪声抑制电路｡在关机过程中,放大器输出端的H型桥路通过300kΩ电阻连接到GND端,输出端没有能听到的噪声信号输出｡在开机过程中,输入放大器内部偏置电压被设置为较低的值,输入放大器不工作,从而可以达到静音､防止噪声输出的目的｡开机后,随着软启动电容器两端电压的逐渐增加,输入放大器内部偏置电压会逐步达到正常值,电路开始进入正常工作状态｡由于电容CSS值会影响开机静噪时间的长短,为了达到最佳的静噪性能,电容CSS的取值最小应该达到180nF｡   

4 应用电路  

图3是采用MAX9714与MAX9722B设计的多功能高效率立体声音箱放大器｡该电路既可以用扬声器进行大功率立体声信号输出,也可以连接耳机以满足个人欣赏音乐之需,而且两种输出方式不同时工作,互不影响｡图中,CODEC为音频信号输入端,当耳机插孔没有插入耳机时,场效应管栅极和MAX9722B的SHDN端均为低电平,MAX9714正常工作而MAX9722B处于停机状态｡当耳机插入耳机插孔后,场效应管栅极和MAX9722B的SHDN端均为高电平,场效应管处于导通状态,SS端为低电平,MAX9714处于非启动状态而无功率输出,而此时MAX9722B则处于正常工作状态,电路将从耳机插孔输出经放大的音频信号｡