深入剖析MAX9736：高功率D類(lèi)音頻放大器的卓越之選

在音頻放大器的領(lǐng)域中，D類(lèi)放大器憑借其高效節(jié)能的特點(diǎn)逐漸嶄露頭角。今天，我們將深入探討Maxim Integrated推出的MAX9736系列單聲道/立體聲高功率D類(lèi)放大器，它在性能、效率和設(shè)計(jì)靈活性方面都有著出色的表現(xiàn)。

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產(chǎn)品概述

MAX9736A/B/D是無(wú)濾波器的立體聲D類(lèi)音頻功率放大器，兼具AB類(lèi)的性能和D類(lèi)的效率，同時(shí)占用極少的電路板空間。其中，MAX9736A在立體聲模式下輸出2x15W，單聲道模式下輸出30W；MAX9736B/D在立體聲模式下輸出2x6W，單聲道模式下輸出12W。這些器件的供電范圍為8V至28V，能夠適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境。

關(guān)鍵特性

1. 輸出功率與效率

從輸出功率來(lái)看，不同型號(hào)的MAX9736能滿(mǎn)足多樣化的需求。在效率方面，MAX9736表現(xiàn)卓越，在12V電源供電時(shí)效率高達(dá)88%，這意味著它能將更多的電能轉(zhuǎn)化為音頻信號(hào)，減少了能量損耗，從而降低了發(fā)熱，在很多情況下甚至無(wú)需使用散熱片。這種高效率對(duì)于便攜式設(shè)備或?qū)ι嵋筝^高的應(yīng)用來(lái)說(shuō)尤為重要。

2. 調(diào)制方案

MAX9736提供了兩種可通過(guò)引腳選擇的調(diào)制方案：無(wú)濾波器調(diào)制（MOD = high）和經(jīng)典PWM固定頻率調(diào)制（MOD = low）。無(wú)濾波器調(diào)制方案是Maxim的獨(dú)特設(shè)計(jì)，它消除了傳統(tǒng)D類(lèi)放大器所需的LC濾波器，減少了元件數(shù)量，節(jié)省了電路板空間，降低了系統(tǒng)成本。當(dāng)使用全LC濾波器時(shí)，選擇經(jīng)典PWM調(diào)制則可實(shí)現(xiàn)最佳的音頻性能。不過(guò)，在切換調(diào)制方案時(shí)，為了保持對(duì)咔嗒聲和爆裂聲的抑制，設(shè)備必須進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，并在啟動(dòng)序列完成前配置為新的輸出方案。

3. 立體聲/單聲道模式

通過(guò)引腳可選擇立體聲或單聲道模式。在立體聲模式下，可驅(qū)動(dòng)8Ω負(fù)載；在單聲道模式下，可驅(qū)動(dòng)4Ω負(fù)載。而且在單聲道模式下，右聲道前置放大器可作為一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算放大器使用，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。但需要注意的是，如果在單聲道模式下將輸出連接在一起，再將MONO引腳拉低切換到立體聲模式，可能會(huì)觸發(fā)短路或熱過(guò)載保護(hù)。

4. 咔嗒聲和爆裂聲抑制

MAX9736配備了全面的咔嗒聲和爆裂聲抑制電路，能最大程度減少設(shè)備在啟動(dòng)、關(guān)機(jī)或靜音時(shí)產(chǎn)生的噪聲。在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，H橋處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，有效避免了不必要的噪聲干擾。

5. 保護(hù)功能

• 過(guò)流保護(hù)：當(dāng)輸出電流達(dá)到約4.6A的電流限制時(shí)，MAX9736會(huì)禁用輸出，并啟動(dòng)450μs的啟動(dòng)序列，重復(fù)此關(guān)機(jī)和啟動(dòng)序列直到輸出故障消除。正常設(shè)計(jì)的應(yīng)用除非輸出短路或連接錯(cuò)誤，否則不會(huì)進(jìn)入限流模式。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：當(dāng)芯片溫度達(dá)到約+160°C的熱關(guān)斷閾值時(shí)，輸出將被禁用；當(dāng)芯片溫度下降30°C后，恢復(fù)正常工作。熱關(guān)斷的原因可能包括負(fù)載阻抗過(guò)低、芯片暴露焊盤(pán)與PCB的熱接觸不良、環(huán)境溫度過(guò)高或PCB布局和組裝不佳等。

電氣特性分析

1. 電源相關(guān)特性

• 電源電壓范圍：揚(yáng)聲器電源電壓范圍為8V至28V，前置放大器電源電壓范圍在特定條件下有相應(yīng)要求。
• 電源抑制比（PSRR）：在1kHz、100mV P - P紋波的條件下，PSRR高達(dá)67dB，這意味著它能有效抑制電源中的紋波和噪聲，減少對(duì)音頻信號(hào)的干擾，從而降低了對(duì)穩(wěn)壓電源的需求，有助于降低系統(tǒng)成本。
• 靜態(tài)電流：在不同的工作條件下，靜態(tài)電流有明確的數(shù)值范圍。例如，在特定條件下，關(guān)斷電源電流低至1μA，這對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)的設(shè)備來(lái)說(shuō)非常重要，能夠有效延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。

2. 音頻性能特性

• 輸出功率：不同型號(hào)的MAX9736在不同電源電壓、負(fù)載阻抗和總諧波失真加噪聲（THD + N）條件下，輸出功率有所不同。例如，MAX9736A在PVDD = 12V、8Ω負(fù)載、THD + N = 1%時(shí)，輸出功率可達(dá)8W。
• 總諧波失真加噪聲（THD + N）：在PWM調(diào)制模式下，MAX9736A在輸出功率為4W、f = 1kHz、8Ω負(fù)載時(shí)，THD + N低至0.04%，表明其能提供高質(zhì)量的音頻輸出，減少了音頻信號(hào)的失真。
• 信噪比（SNR）：MAX9736A/D在輸出功率為8W、8Ω負(fù)載時(shí)，A加權(quán)信噪比可達(dá)96.5dB，這意味著它能夠清晰地還原音頻信號(hào)，減少背景噪聲的干擾。

應(yīng)用信息

1. 無(wú)濾波器D類(lèi)操作

當(dāng)揚(yáng)聲器引線長(zhǎng)度小于等于1m時(shí)，MAX9736搭配一個(gè)廉價(jià)的鐵氧體磁珠和電容濾波器就能滿(mǎn)足EN55022B EMC輻射限制。選擇鐵氧體磁珠時(shí)，其阻抗應(yīng)在100Ω至600Ω之間，額定電流至少為2A。電容值則根據(jù)所選鐵氧體磁珠和揚(yáng)聲器引線長(zhǎng)度而定。在評(píng)估時(shí)，如果使用鐵氧體磁珠濾波器和電阻性負(fù)載，需要包含一個(gè)串聯(lián)電感（8Ω負(fù)載用68μH，4Ω負(fù)載用33μH）來(lái)模擬實(shí)際揚(yáng)聲器的行為，否則會(huì)降低效率、THD + N性能和輸出功率。而在使用負(fù)載揚(yáng)聲器進(jìn)行評(píng)估時(shí)，則無(wú)需串聯(lián)電感。

2. 基于電感的輸出濾波器

部分應(yīng)用會(huì)使用MAX9736搭配全電感/電容（LC）輸出濾波器。為了獲得最佳音頻性能，應(yīng)選擇PWM輸出模式。不同的負(fù)載阻抗對(duì)應(yīng)著不同的濾波器元件參數(shù)，具體可參考相關(guān)表格。

3. 元件選擇

• 增益設(shè)置電阻：通過(guò)外部反饋電阻可以設(shè)置MAX9736的增益。對(duì)于MAX9736A/D，固定輸出級(jí)增益為17dB（7V/V）；對(duì)于MAX9736B，固定輸出級(jí)增益為13.6dB（4.8V/V）。選擇RF時(shí)，應(yīng)在10kΩ至50kΩ之間。
• 輸入電容：輸入電容CIN與輸入電阻RIN構(gòu)成一個(gè)高通濾波器，用于去除輸入信號(hào)中的直流偏置。選擇CIN時(shí)，應(yīng)使-3dB點(diǎn)遠(yuǎn)低于感興趣的最低頻率，并且應(yīng)使用電壓系數(shù)低的電容，以減少失真。
• COM電容：COM是內(nèi)部產(chǎn)生的直流偏置電壓的輸出端，需要用一個(gè)1μF的電容將其旁路到AGND。

4. 電源供應(yīng)與布局

MAX9736的信號(hào)部分和功率部分采用獨(dú)立的電源供應(yīng)，這樣可以實(shí)現(xiàn)最佳的凈空、功率耗散和抗噪性能的組合。揚(yáng)聲器放大器由PVDD供電，范圍為8V至28V；其余部分由VS供電。在電源啟動(dòng)和關(guān)閉過(guò)程中，VS不得超過(guò)PVDD，否則會(huì)損壞設(shè)備。

在布局方面，正確的布局和接地對(duì)于實(shí)現(xiàn)最佳性能至關(guān)重要。電源輸入和放大器輸出應(yīng)使用寬走線，以減少寄生走線電阻帶來(lái)的損耗。PGND和AGND應(yīng)在PCB上的單點(diǎn)連接，所有攜帶開(kāi)關(guān)瞬變的走線應(yīng)遠(yuǎn)離AGND和音頻信號(hào)路徑中的走線和元件。此外，每個(gè)PVDD引腳都應(yīng)通過(guò)0.1μF的電容旁路到地，同時(shí)在PVDD和PGND之間使用一個(gè)220μF的電容。VS也應(yīng)通過(guò)1μF的電容旁路到AGND。

總結(jié)

MAX9736系列高功率D類(lèi)音頻放大器以其豐富的功能、出色的性能和設(shè)計(jì)靈活性，為音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。無(wú)論是在消費(fèi)電子、專(zhuān)業(yè)音頻設(shè)備還是其他相關(guān)領(lǐng)域，它都能滿(mǎn)足不同的需求。電子工程師在設(shè)計(jì)音頻系統(tǒng)時(shí)，可以根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和要求，充分發(fā)揮MAX9736的優(yōu)勢(shì)，打造出高質(zhì)量、高效率的音頻產(chǎn)品。你在使用D類(lèi)放大器的過(guò)程中遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。