無濾波器D類音頻功率放大器MAX9713/MAX9714的性能特點及應用

1、概述

MAX9713/MAX9714無濾波器D類音頻功率放大器是MAXIM公司生產的開關型功率放大器的改進產品，其中MAX9713是單聲道功率放大器，MAX9714是立體聲功率放大器，它們均具有AB類功率放大器的性能和D類功率放大器的效率，且不需要傳統D類功率放大器的輸出濾波器，也不需要散熱器，因而節省了電路板面積，降低了設計成本。MAX9713/MAX9714器件采用10V～25V單電源電壓供電，靜態電流僅為18mA。在單路工作模式下，該器件可向8Ω負載輸出高達6W的功率，且效率高達85%，THD+N低于0.07%，SNR超過100dB，同時還具有短路和過熱保護功能。因而可以廣泛應用在臺式計算機、筆記本電腦、汽車音響、LCD監視器、投影儀和家用電視接收機等設備中。

2、 引腳功能和主要參數

2.1 引腳功能

MAX9713/MAX9714均采用32腳TQFN封裝，MAX9713的封裝尺寸為5mm×5mm，MAX9714的封裝尺寸為7mm×7mm，其引腳排列如圖1所示，各引腳的功能如下：

PGND：電源地;

VDD：電源端，電壓范圍為10～25V;

C1N：充放電電容負極;

C1P：充放電電容正極;

CHOLD：充放電容控制電容接入端，設計時可用1μF電容連接到VDD端;

N.C.：空腳;

REG：內部調節器輸出端，應使用0.47μF電容對地旁路;

AGND：模擬信號地;

IN+：同相輸入端;

IN-：反相輸入端;

SS：軟啟動端，使用時應在SS端到地GND端接0.47μF的電容;

SHDN：關機控制端，低電平有效;

G1，G2：分別為增益選擇1和2端;

FS1，FS2：分別為頻率選擇1和2端;

OUT-：音頻信號反相輸出端;

OUT+：音頻信號同相輸出端;

INL-：左通道反相輸入端;

INL+：左通道同相輸入端;

INR-：右通道反相輸入端;

INR+：右通道同相輸入端;

OUTR-：右通道音頻信號反相輸出端;

OUTR+：右通道音頻信號同相輸出端;

OUTL-：左通道音頻信號反相輸出端;

OUTL+：左通道音頻信號同相輸出端。

2.2 主要性能參數

MAX9713/MAX9714的主要性能參數。

3、電路原理與外圍電路設計

MAX9714的內部原理框圖如圖2所示，與MAX9713相比，MAX9714僅多了一個放大通道，其余部分完全相同。下面以MAX9714為例，簡要分析其主要單元電路的工作原理。

3.1 信號輸入電路

MAX9713/ MAX9714內部采用全差動輸入結構，與多媒體數字解碼器輸出兼容，可直接相連。由于MAX9713/MAX9714采用的是差動輸入結構，因而可有效放大兩個輸入端的差模信號，同時也可抑制輸入信號中的共模噪聲。在有些應用場合，還可設置為單端輸入方式，但此時輸入信號、公共地到兩個輸入端之間的耦合電容不能省去。

輸入電路中的電容CIN既是信號耦合電容，又可與MAX9713/MAX9714的輸入阻抗構成高通濾波器，其電容值的大小直接影響高通濾波器下限截止頻率的高低，為了使放大器具有較好的低頻特性，CIN的電容值不能太小，一般取0.47μF較為合適。電容CIN宜選用鉭電容或鋁電解電容，耐壓值較高的陶瓷電容雖然也可以使用，但是容易引起低頻失真，所以一般不宜使用。

3.2 調制模式

MAX9713/MAX9714的調制方案有固定頻率模式FFM和擴散頻譜模式SSM兩種。在固定頻率模式FFM下，可由FS1和FS2設定開關頻率，其輸出信號頻譜由開關頻率及其諧波成分組成，因此，即使開關頻率在標稱值的±35%范圍內變化，也不會影響電路對音頻信號的再現。

擴散頻譜模式SSM是Maxim公司獨有的、具有專利技術的調制方案，可使輸出信號頻譜變得較為平坦，并能有效降低揚聲器和連接電纜的EMI輻射 滿足FCC輻射標準。在SSM模式（通過置FS1=FS2=H來完成設置），開關頻率將圍繞中心頻率（335kHz）在±1.7%kHz內變化。雖然調制方式還是一樣，但是三角波的周期在循環變化。輸出信號頻譜則隨開關頻率變化而變化，而對于能量譜，它們通常隨著頻率的變化分布在整個頻帶內，這樣的頻譜看起來就像白噪聲，EMI輻射也相應降低。

3.3 輸出電路

傳統的D類音頻功率放大器為了從放大后的PWM輸出信號中還原音頻信號，往往需要一個輸出濾波器，這樣既增加了成本和放大器的尺寸，又降低了效率。MAX9713/MAX9714不需要輸出濾波器，而是利用揚聲器內固有的線圈電感和揚聲器來對發聲頻率范圍內人耳所能聽到的聲音成份實現自然濾波，以達到體積更小、成本更低、效率更高的目的。這是因為，MAX9713/MAX9714的工作頻率遠遠超過大多數揚聲器的發聲頻率范圍。由于揚聲器音頻線圈的振動受低頻信號的影響較大，受高頻信號的影響非常小，因此，只要采用線圈電感大于30μH的揚聲器就能有效還原PWM輸出中的音頻信號。典型的8Ω揚聲器的線圈電感一般在30μH到100μH之間，所以無需輸出濾波器，選用線圈電感值大于60μH的揚聲器可達到最佳的輸出效果。

雖然MAX9713/MAX9714不需要輸出濾波器，但是在使用時必須注意：輸出端與揚聲器之間的連接電纜長度不得超過36cm。如果遇到輸出線路的長度超過36cm、電路板設計不夠合理而影響輸出效果、電路附近有電磁輻射敏感設備等情況，就必須設計輸出濾波器。

3.4 開關機噪聲抑制電路

MAX9713/MAX9714內部具有開關機噪聲抑制電路。在關機過程中，放大器輸出端的H型橋路通過300kΩ電阻連接到GND端，輸出端沒有能聽到的噪聲信號輸出。在開機過程中，輸入放大器內部偏置電壓被設置為較低的值，輸入放大器不工作，從而可以達到靜音、防止噪聲輸出的目的。開機后，隨著軟啟動電容器兩端電壓的逐漸增加，輸入放大器內部偏置電壓會逐步達到正常值，電路開始進入正常工作狀態。由于電容CSS值會影響開機靜噪時間的長短，為了達到最佳的靜噪性能，電容CSS的取值最小應該達到180nF。

4、應用電路

采用MAX9714與MAX9722B設計的多功能高效率立體聲音箱放大器。該電路既可以用揚聲器進行大功率立體聲信號輸出，也可以連接耳機以滿足個人欣賞音樂之需，而且兩種輸出方式不同時工作，互不影響。圖中，CODEC為音頻信號輸入端，當耳機插孔沒有插入耳機時，場效應管柵極和MAX9722B的SHDN端均為低電平，MAX9714正常工作而MAX9722B處于停機狀態。當耳機插入耳機插孔后，場效應管柵極和MAX9722B的SHDN端均為高電平，場效應管處于導通狀態，SS端為低電平，MAX9714處于非啟動狀態而無功率輸出，而此時MAX9722B則處于正常工作狀態，電路將從耳機插孔輸出經放大的音頻信號。

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