2X6W 内置 BOOST 升压 G 类立体声音频功率放大器 概述 是一款功率可达 6W, 具有很高工作效率, 内置自适应 BOOST 升压电路的无输出滤波器的 G 类立体声 ( 双通道 ) 音频功率放大器, 它集成了自动音量控制 (ALC) 电路和电池电压监测自动增益调节电路, 可以在 3.0V~5.5V 的宽电压范围内工作, 当在 3.6V 供电, THD+N 为 0% 时, 可以在每个通道的 4 欧姆喇叭上输出 6W 的功率, 或在 ALC 模式下输出 4.5W 的恒定功率 的 BOOST 升压电路属于自适应升压整流电路, 它的输出级的供电电压是随输出信号大小分级变化的, 当输出信号比较小时,BOOST 升压电路不工作, 输出级直接由电源 (VDD) 供电, 当输出信号比较大时, BOOST 升压电路开始工作, 输出级由升压后的电压供电,BOOST 电路先升压到中间电压, 如果输出信号很大, 才会升到最高电压来工作, 这样做可以提高系统的工作效率, 延长电池的使用时间 带有自动音量控制 (ALC) 功能, 在输出信号过大造成削峰失真时快速降低芯片的增益, 把失真度控制在比较小的范围, 这样可以抑制输入信号幅度过大所引起的输出信号削峰失真 ( 减少破音 ), 显著提高音质, 创造非常舒适的听觉感受 带有电池电压监测自动增益调节功能, 利用 ALC 的功能, 在电池电压过低时, 能自动降低芯片的放大倍数来限制芯片的峰值输出电压, 从而降低电池的供电电流, 可以防止电池放电电流过大而造成电池过流保护或电池电压太低引起系统崩溃 特性 工作范围 :3.0V~5.5V 内置 BOOST 多级升压电路的无输出滤波器的 Class-G 功率放大器 自动音量控制 (ALC) 减少破音 电压监测自动增益调节功能 软驱动模式降低 EMI 最大输出功率 (Non-ALC 模式 ) (VDD=3.6V, ALC=High, 0% THD+N) 6.0W/Ch (4Ω load) 3.5W/Ch (8Ω load) 恒定输出功率 (ALC 模式 ) (VDD=3.6V, ALC=Low, 0.3% THD+N) 4.5W/Ch (4Ω load) 2.6W/Ch (8Ω load) ALC 动态范围可达 2dB 最大电压增益 : 30dB 工作效率高达 78% 声音淡入淡出功能 自恢复过流 / 短路保护功能 过温保护功能 封装 : TSSOP-28L 应用 便携式音箱, 蓝牙音箱 消费类电子产品 典型应用图 INNL INPL VDD LSL PVDD Cin 0.22uF Cin 0.22uF CS6 RS2 0Ω VDD RS 0Ω CS8 CS9 0.uF CS VBAT AGND 28 2 3 4 5 6 7 8 9 INNL INPL VOPL VONL PVDDL AVDD BVDD INNR INPR VOPR VONR PVDDR PVSNS 27 26 25 24 23 22 2 20 0 NC VKNEE B 9 8 2 3 4 ALC SDRIVE B 7 6 5 CS4 22uF Cin 0.22uF CS7 Cin 0.22uF LSR + CS5 220uF PVDD INNR INPR 3.0V~5.5V L 3.3uH D SS34 + CS3 470uF CS2 图 : 典型应用图 AUG, 206 www.fangtek.com.cn
引脚分布图 VBAT 28 AGND INNL 2 27 INNR INPL 3 26 INPR 4 25 VOPL 5 24 VOPR VONL 6 23 VONR PVDDL 7 22 PVDDR AVDD 8 2 PVSNS BVDD 9 20 NC 0 9 VKNEE 8 B ALC 2 7 B SDRIVE 3 6 4 5 引脚名称引脚号类型功能描述 P ( 顶视图 ) VBAT P 芯片供电电压, 串接一个 0Ω 电阻到供电电源., 并接 0µF 的电容到地 INNL 2 AI 左通道音频信号负相输入 INPL 3 AI 左通道音频信号正相输入 4 G Class-D 地端 VOPL 5 AO 左通道 Class-D 正相输出 VONL 6 AO 左通道 Class-D 负相输出 PVDDL 7 P 左通道 Class-D 输出级供电电压, 需要直接接到 的升压滤波电容上, 并接 0µF 电容到地 AVDD 8 P BOOST 电路供电电压, 接 0µF 电容到地, 并通过一个小电阻 (0Ω) 短接到 BVDD 9 AO 内部参考电压, 接 0.µF 电容到地, 电容值不要超过 0.22µF VKNEE DI 电池电压监测的膝点电压设置, 内置 300kΩ 的上拉电阻和下拉电阻 ALC 2 DI ALC 模式设置, 内置 300kΩ 的上拉电阻和下拉电阻, 当接到高时, ALC 功能关闭 SDRIVE 3 DI BOOST 工作模式设置, 内置 300kΩ 的上拉电阻和下拉电阻, 当悬空时, 升压电路不工作 4 DI 芯片工作使能 ( 高电压有效 ), 内置 300kΩ 的下拉电阻 5, 6 AO BOOST 升压整流电路的大功率开关输出端 B 7, 8 G BOOST 电路的地端 9, 20 P BOOST 同步整流电路的输出端, 需要直接接到升压输出滤波电容上 PVSNS 2 AI BOOST 升压电路输出电压监控, 需要直接接到 的滤波电容上 PVDDR 22 P VONR 23 AO 右通道 Class-D 负相输出 VOPR 24 AO 右通道 Class-D 正相输出 25 G Class-D 地端 INPR 26 AI 右通道音频信号正相输入 INNR 27 AI 右通道音频信号负相输入 AGND 28 G 模拟电源的地端 NC 0 空脚 右通道 Class-D 输出级供电电压, 需要直接接到 的升压滤波电容上, 并接一个 0µF 电容到地 订购信息 产品型号工作温度范围封装形式 P -40 C to +85 C TSSOP-28L AUG, 206 http://www.fangtek.com.cn 2
极限工作条件 ( 注 ) 参数 范围值 电源 VBAT -0.3V to 6V,, PVDDL/R, PVSNS, AVDD, VOPL/R, VONL/R -0.3V to 7.6V 其它管脚 -0.3V to VBAT+0.3V 工作结温 +50 C 储存温度范围 -45 C to 50 C ESD 范围 人体模型 (HBM) 2000V 最高焊接温度 ( 焊接 0 秒 ) 260 C 注 : 如果芯片工作条件超过上述各项极限值, 可能对芯片造成永久性损坏 上述参数仅仅是工作条件的极限值, 不建议芯 片工作在推荐条件以外的情况 芯片长时间工作在极限工作条件下, 其可靠性及寿命可能受到影响 封装热阻 ( 注 2,3) 封装 TA < +25 C TA = +70 C TA = +85 C ΘJA TSSOP-28L 4.5W 2.8W 2.3W 28 C/W 注 2: 芯片的散热脚必须直接焊接到 PCB 的焊盘上, 并通过 PCB 的大面积覆铜来帮助散热 注 3: 热阻值是在双层 PCB 板上, 通过大面积覆铜散热的典型值. 推荐工作条件 参数 条件 最小值 典型值 最大值 单位 Supply Voltage,VBAT 3.0 5.5 V Operating Free-Air Temperature, TA -40 85 C Minimum Load Resistance, RL 3.2 4 Ω Inductance of Boost Regulator, L 2.2 3.3 4.7 µh Output Capacitance of Boost Regulator, CO 40 220 470 µf AUG, 206 http://www.fangtek.com.cn 3
电气特性 VBAT=3.6V, Load=4Ω+33µH, ALC=Low, VKNEE=Low, SDRIVE=Low, RVBAT=0Ω, CVBAT=0µF, RAVDD=0Ω, CAVDD=0µF, CBVDD=0.µF, C=22F//200µF, CPVDDL/R=0µF, RIN=5kΩ (Av=25dB), CIN=0.22µF, L=3.3µH, f=khz, TA=25 C, unless otherwise specified. 符号参数条件最小典型最大单位 VBAT 工作电压 3.0 5.5 V VUVLOUP 芯片启动所需电源电压 VBAT 从低到高 2.2 V VUVLODN 芯片关断时的电源电压 VBAT 从高到低 2.0 V IVBAT 静态工作电流, 空载输入交流接地 7 0 4 ma ISD 关断电流 为低 0 µa VIH 高电平逻辑输入电压.2 V ALC, SDRIVE, VKNEE VBAT-0.5 VBAT V VIL 低电平逻辑输入电压, ALC, SDRIVE, VKNEE 0.4 V RDOWN 下拉电阻 ( 到地 ), ALC, SDRIVE, VKNEE 300 kω RUP 上拉电阻 ( 到 VBAT) ALC, SDRIVE, VKNEE 300 kω TOTSD 过温保护启动温度 60 C THYS 过温保护迟滞温度 20 C BOOST 升压部分 升压输出电压 空载 7.0 7.2 7.4 V ILOAD=A 7.0 V fboost BOOST 调制频率 800 khz CLASS-D 音频功率放大器 (SDRIVE 置低, 高效驱动模式 ) PO, MAX PO, ALC THD+N 最大输出功率 THD+N=0% 最大输出功率 THD+N=% ALC 下恒定输出功率 VIN=0.40VRMS 总谐波失真加噪声 (Non-ALC 模式 ) 总谐波失真加噪声 (ALC- 模式 ) 总谐波失真加噪声 (ALC-2 模式 ) RL=4Ω 6.0 W/Ch RL=8Ω 3.5 W/Ch RL=4Ω 4.8 W/Ch RL=8Ω 2.8 W/Ch RL=4Ω 4.5 W/Ch RL=8Ω 2.6 W/Ch RL=4Ω, Po=2.W 0.08 % RL=8Ω, Po=W 0.08 % RL=4Ω, Po=4.5W (VIN=0.40VRMS) 0.3 % RL=8Ω, Po=2.6W (VIN=0.40VRMS) 0.3 % RL=4Ω, Po=4.5W (VIN=0.40VRMS) 0.3 % RL=8Ω, Po=2.6W (VIN=0.40VRMS) 0.3 % AV 总增益 RIN=5kΩ 25 db RIN 输入电阻 @ INPL/R, INNL/R 20 kω VCOMM 输入端偏置电压 @ INPL/R, INNL/R.6 V ROUT-SD 关断时输出对地电阻 @ VOPL/R, VONL/R 3 kω VOS 输出失调电压输入交流接地, 空载 ±0 mv VN 本底噪声 SNR 信噪比 (Non-ALC 模式 ) f=20hz to 20kHz, AV=24dB 输入交流接地, A 加权 最大输出电压 (Vo=4.4VRMS) 时, RL=4Ω, AV=24dB, A 加权 70 µvrms 88 db PSRR 电源纹波抵制比 f=khz, 输入交流接地 70 db CMRR 共模纹波抵制比 f=khz, VIN=0.2VRMS 65 db XTALK 通道隔离度 RL=4Ω+33µH, Po=2W 80 db AUG, 206 http://www.fangtek.com.cn 4
电气特性 ( 续 ) VBAT=3.6V, Load=4Ω+33µH, ALC=Low, VKNEE=Low, SDRIVE=Low, RVBAT=0Ω, CVBAT=0µF, RAVDD=0Ω, CAVDD=0µF, CBVDD=0.µF, C=22F//200µF, CPVDDL/R=0µF, RIN=5kΩ (Av=25dB), CIN=0.22µF, L=3.3µH, f=khz, TA=25 C, unless otherwise specified. 符号参数条件最小典型最大单位 TSTUP 开机延时时间 80 ms TSD 关断模式延时时间 40 ms fsw Class-D 调制频率 400 khz ILIMIT Class-D 输出过流限制 自动增益控制 (ALC) BOOST 升压电路启动后 2.6 A/Ch 直通模式下.6 A/Ch AMAX ALC 最大衰减范围 2 db TATK TRELEASE ALC 启动时间 ALC 释放时间 声音淡入淡出功能 ALC- 模式 (ALC 置低 ) 6 ms ALC-2 模式 (ALC 悬空 ) 48 ms ALC- 模式 (ALC 置低 ) 2.0 s ALC-2 模式 (ALC 悬空 ).0 s TFADEIN 声音淡入时间 20 ms TFADEOUT 声音淡出时间 20 ms 电池电压监测自动增益调节功能 VKNEE 电池监测的膝点电压 VKNEE 置高 3.40 V VKNEE 悬空 3.5 V SATT 输出电压衰减斜率 @ VOPL/R, VONL/R 4 V/V CLASS-D 音频功率放大器 (SDRIVE 置高, 软驱动模式 ) PO, MAX PO, ALC THD+N 最大输出功率 THD+N=0% 最大输出功率 THD+N=% ALC 下恒定输出功率 总谐波失真加噪声 (Non-ALC 模式 ) 总谐波失真加噪声 (ALC- 模式 ) CLASS-D 音频功率放大器 (SDRIVE 悬空, 软驱动直通模式 ) PO, MAX PO, ALC THD+N 最大输出功率 THD+N=0% 最大输出功率 THD+N=% ALC 下恒定输出功率 总谐波失真加噪声 (Non-ALC 模式 ) 总谐波失真加噪声 (ALC- 模式 ) RL=4Ω 6.0 W/Ch RL=8Ω 3.5 W/Ch RL=4Ω 4.8 W/Ch RL=8Ω 2.8 W/Ch RL=4Ω, VIN=0.40VRMS 4.5 W/Ch RL=8Ω, VIN=0.40VRMS 2.6 W/Ch RL=4Ω, Po=2.W 0.08 % RL=8Ω, Po=W 0.08 % RL=4Ω, VIN=0.40VRMS 0.3 % RL=8Ω, VIN=0.40VRMS 0.3 % RL=4Ω.5 W/Ch RL=8Ω 0.90 W/Ch RL=4Ω.2 W/Ch RL=8Ω 0.70 W/Ch RL=4Ω, VIN=0.20VRMS. W/Ch RL=8Ω, VIN=0.20VRMS 0.65 W/Ch RL=4Ω, Po=.W 0.05 % RL=8Ω, Po=0.5W 0.05 % RL=4Ω, VIN=0.20VRMS 0.8 % RL=8Ω, VIN=0.20VRMS 0.8 % AUG, 206 http://www.fangtek.com.cn 5
说明 :. 恒定输出功率 : 指在 ALC 功能开启的工作模式下, 当输入信号增大到 ALC 起作用时, 在 ALC 有效衰减范围内, 输出功率基本不随输入信号变化时的功率 ; 2. 测试所用的负载中串有 33µH 电感来模拟喇叭的特性 ; 3. 在测试 Class-D 电路的指标时, 需要在输出端和测试仪器之前加入 33kHz 的低通滤波电路 ; 重要的使用注意事项. 为了系统的性能和可靠性, 在设计 PCB 时, 要尽量使升压电感和肖特基二极管靠近 的 脚, 升压输出滤波电容要靠近肖特基二极管的负极, 脚和电感以及肖特基二极管之间的走线要在同一层, 不能有过孔, 输出滤波电容和肖特基二极管的负极的走线也要在同一层, 不能有过孔, 这些走线上有大电流开关信号, 所以走线要尽量短而粗, 减小大电流通路上的寄生阻抗, 如果不这样设计, 会大大降低升压电路的电流能力, 影响输出功率和效率, 严重的话还会损坏芯片 2. 是一颗大功率的音频功放, 在芯片底下有一散热用的脚位, 这个散热脚必须直接可靠地焊接到 PCB 的焊盘上 ( 可以与芯片的 GND 相连 ), 必需使用二层以上的 PCB, 芯片的 AGND 和 和 B 可以直接短接到底部的散热焊盘上, 并通过足够多的过孔与背面的大面积覆铜区相连来帮助散热, 对于 TSSOP 封装, 正面芯片的两边也要有不间断的大面积覆铜区来帮助散热, 尽量使 正反面所在区域的周围有比较大的连续的覆铜, 这样可以使 TSSOP 封装有更好的散热效果 若散热做的不好, 芯片有可能会进入过温保护状态, 甚至会损坏芯片, 影响正常工作 3. 芯片的 AGND 和 和 B 可以直接短接到芯片底部的散热焊盘上, 功率放大器的供电脚 PVDDL PVDDR 和升压后的输出电压脚 需要用尽量短而粗的走线短接到一起 4. 为了降低系统的本底噪声, 请尽量使用差分输入模式, 并且使 INN 和 INP 的输入网络 ( 包括输入电阻和输入电容以及走线 ) 尽量匹配 ; 在做单端输入使用时, 有一端输入是交流接地的, 请把线拉到信号源端再接地, 尽量使 INN 和 INP 的输入网络的走线对称 5. 功率放大器的输出脚 (VONL/R 和 VOPL/R) 到喇叭要用低阻抗的连线 6. 为使 有更大的输出功率, 更高的效率, 更好的保真度, 更低的 EMI 特性, 需要尽量地在 VBAT, AVDD,BVDD,PVDDL/R 和 管脚边上放置合适的退耦电容, 电容要尽量地靠近相应的电源脚和地, 电感的退耦电容也要尽量靠近电感 7. 的 BOOST 升压电路需要外接肖特基整流二极管, 可以降低在大功率工作时 芯片本身的功耗, 降低芯片内部的温升, 进一步改善升压电路的性能, 提高工作效率 建议选用两个正向连续工作电流不小于 3A 反向击穿电压大于 6V 的肖特基整流二极管, 并联使用 8. 为提高 芯片长时间工作的可靠性, 建议在输出端增加 RC 缓冲电路, 参见图 6 RC 缓冲电路可以降低 Class-D 输出级在高速通断时产生的浪涌电压, 保护芯片内部电路 9. 建议 VBAT 脚和供电电源之间串接一个 0~47Ω 电阻, 并在 VBAT 脚就近接一个 0~22µF 的电容到 AGND, 可以减轻供电电源的纹波对芯片内部电路的影响 ; 建议 AVDD 和 PVDD 之间放置一个 0~47Ω 的小电阻, 并在 AVDD 脚接一个 0µF 的电容到地, 减少芯片工作时的浪涌电流对 AVDD 的影响 0. 为了进一步降低 EMI, 可以在 Class-D 的输出端和喇叭之间串接磁珠, 再在磁珠后接一电容到地来更好地抑制高频率的 EMI, 参见图 5 当喇叭为 8Ω 时, 可选择额定电流不小于 A 的磁珠, 当喇叭为 4Ω 时, 可选择额定电流不小于 2A 的磁珠, 磁珠和电容要尽量地靠近 VOP,VON 和 脚. 请不要让输出脚 (VOP 或 VON) 碰到或短接到 AGND B PVDD AVDD VBAT 上, 输出信号与电源或地短路时有可能会使芯片损坏 2. BVDD 脚对地电容的容值不要超过 0.22µF AUG, 206 http://www.fangtek.com.cn 6
典型性能特性曲线 VBAT=3.6V, Load=4Ω+33µH, ALC=Low, VKNEE=Low, SDRIVE=Low, RVBAT=0Ω, CVBAT=0µF, RAVDD=0Ω, CAVDD=0µF, CBVDD=0.µF, C=22F//200µF, CPVDDL/R=0µF, RIN=5kΩ (Av=25dB), CIN=0.22µF, L=3.3µH, f=khz, TA=25 C, unless otherwise specified. List of Typical Performance Characteristics 描述条件图号 Output Power vs. Input Voltage RL=4Ω+33µH, ALC- & ALC-2 & Non-ALC Modes 3 RL=4Ω+33µH, ALC- Mode, SDRIVE=High/Unconnected 4 Output Power vs. Supply Voltage VIN=0.40VRMS, RL=4Ω+33µH, VKNEE=High/Unconnected/Low 5 Overall Efficiency vs. Output Power RL=4Ω+33µH, Non-ALC Mode, SDRIVE= Low/High 6 THD+N vs. Output Power RL=4Ω+33µH, Non-ALC Mode 7 THD+N vs. Input Voltage RL=4Ω+33µH, ALC- & ALC-2 Modes 8 THD+N vs. Input Frequency Po=W/3W, RL=4Ω+33µH, ALC- & ALC-2 Modes 9 Output Power vs. Input Frequency VIN=0.20VRMS, RL=4Ω+33µH, Non-ALC Mode, f=20hz ~ 20kHz 0 PSRR vs. Input Frequency RL=4Ω+33µH, Inputs AC-Grounded Mode Transitions of Boost Regulator RL=4Ω+33µH, Non-ALC Mode 2 Startup Output Waveforms VIN=0.VRMS 3 Shutdown Output Waveforms VIN=0.VRMS 4 AUG, 206 http://www.fangtek.com.cn 7
THD+N (%) THD+N (%) Output Power (W) Efficient (%) Output Power (W) Output Power (W) 典型性能特性曲线 ( 续 ) Output Power vs. Input Voltage Output Power vs. Input Voltage 0 0 0. ALC-, RL=4Ω+33uH ALC-2, RL=4Ω+33uH Non-ALC, RL=4Ω+33uH Passthrough 0. ALC Mode, SDRIVE=High, RL=4Ω+33uH ALC Mode, SDRIVE=NC, RL=4Ω+33uH 0.0 0.0 0. 0 Input Voltage (Vrms) 0.0 0.0 0. 0 Input Voltage (Vrms) 图 3: Output Power vs. Input Voltage 图 4: Output Power vs. Input Voltage. Output Power vs. Supply Voltage Efficiency vs. Output Power 5.2 4.8 4.4 4.0 3.6 3.2 2.8 2.4 2.0 RL=4Ω+33uH, VKNEE Low RL=4Ω+33uH, VKNEE Unconnected RL=4Ω+33uH, VKNEE High Passthrough 3 3.5 4 4.5 5 5.5 Supply Voltage (V) 90 80 70 60 50 40 30 VDD=3.6V, RL=4Ω+33uH, SDRIVE Low VDD=3.6V, RL=4Ω+33uH, SDRIVE High 0 2 3 4 5 6 Output Power (W) 图 5: Output Power vs. Supply Voltage 图 6: Overall Efficiency vs. Output Power. THD+N vs. Output Power THD+N vs. Input Voltage 0 00 Non-ALC, RL=4Ω+33uH 0 ALC-, RL=4Ω+33uH ALC-2, RL=4Ω+33uH 0. 0. 0.0 0. 0 Output Powre (W) 0.0 0. 0 Input Voltage (Vrms) 图 7: THD+N vs. Output Power 图 8: THD+N vs. Input Voltage AUG, 206 http://www.fangtek.com.cn 8
PSRR (db) THD+N (%) Output Power (W) 典型性能特性曲线 ( 续 ) THD+N vs. Frequency Output Power vs. Frequency 00 3 0 RL=4Ω+33uH, Po=W RL=4Ω+33uH, Po=3W 2.5 2.5 Vin=0.2Vrms, RL=4Ω+33uH 0. 0.5 0.0 0 00 000 0000 00000 Frequency (Hz) 0 0 00 000 0000 00000 Frequency (Hz) 图 9: THD+N vs. Input Frequency 图 0: Output Power vs. Input Frequency (with 33kHz Lowpass Filter) 0 PSRR vs. Frequency PVDD, 2V/div Boost-2-0 -20-30 L-CH, Input AC-Grounded R-CH, Input AC-Grounded Boost- Passthrough Boost- Passthrough -40-50 -60-70 VOP, 2V/div -80-90 00 000 0000 Frequency (Hz) VIN, 0.5V/div X: s/div 图 : PSRR vs. Input Frequency 图 2: Mode Transitions of Boost Regulator VOP VON VOP VON VOP-VON VOP-VON X: 20ms/div Y: 2V/div 图 3: Startup Output Waveforms X: 5ms/div Y: 2V/div 图 4: Shutdown Output Waveforms AUG, 206 http://www.fangtek.com.cn 9
应用信息 BOOST 升压电路设计指南 为了得到更大的输出功率, 使用了自适应的 BOOST 升压技术, 通过提高输出级的供电电压来提高输出信号的摆幅 的 BOOST 电路具有自适应功能, 它是分级操作的, 当输出信号比较小时,BOOST 升压电路不工作, 输出级直接由电池电压 (VDD) 供电 ; 当输出信号比较大时,BOOST 升压电路开始工作, 并进入 BOOST- 模式, 当输出信号很大, 芯片进入到 BOOST-2 模式, 输出电压会升到用户设置的电压来工作, 这样做可以提高系统的工作效率, 增加电池的使用时间 BOOST 升压电路的设计会影响芯片工作时的性能和可靠性 电感的选择 建议选择电感量在 2.2µH ~ 4.7µH 之间,DCR<50mΩ, 饱和电流不小于 7A 的电感 BOOST 电路输出电容的选择 建议选用一个 22µF, 耐压大于 6V 的 X7R 类型的陶瓷电容, 再并上一个 00~220µF, 耐压在 0V 以上的 铝电解电容做为 BOOST 电路的输出电容 电源滤波电容的选择 对于 BOOST 升压电路来说, 电源的电流主要由电感端流入, 电感用来存贮能量并释放给负载, 所以流 经电感上的电流是很大的, 建议在电感供电端选用一个耐压在 6V 以上, 容值为 的 X7R 电容和一个 470uF 的电解电容做为电源滤波电容, 并尽量靠近电感和芯片的 B 管脚放置, 走线要粗而短 VBAT 管脚是芯片的逻辑和前端电路的供电电源, 可以用一个 0Ω 电阻与供电电源相接, 本身再接一个 低 ESR 的 的电容做为滤波电容, 并以最短的路径连接至安静可靠的地 (AGND) AVDD 管脚是芯片后级电路的供电电源, 也需要一个低 ESR 的 的电容做为滤波电容, 并以最短的路 径连接至安静可靠的地 ( 可以就近接到 ) AVDD 需要连接到 上, 中间可以串一个 0Ω 电阻 芯片的两个 PVDDL 和 PVDDR 管脚是给左右通道的 D 类功率放大器的输出级供电的, 由于输出级是开关 工作的, 所以 PVDDL/R 上的干扰比较大, 各自需要接一个低 ESR 的 的电容做为滤波电容, 电容的 另一端以最短的路径连接至 PVDDL 和 PVDDR 需要外部用比较粗 (mm 以上 ) 的走线短接到一起, 它们和 也要短接,, PVSNS 和 PVDDR 管脚是靠在一起的, 可以直接短接在一起 ALC 工作模式控制 具有自动增益控制 (ALC) 功能, 可以降低大功率输出时的信号失真, 达到防破音的效果 可以通过 ALC 脚的来设定工作模式, 一共有三种工作模式, 参见表 ALC 脚工作模式启动时间 (ms) 释放时间 (s) 说明 接地 ALC- 6 2.0 失真会比 ALC-2 模式小 悬空 ALC-2 48.0 声音会比 ALC- 模式大 接高 Non-ALC N/A ALC 关闭, 传统 Class-D 模式 电压增益设置 表 : ALC 工作模式控制 的增益可以根据需要通过外接的输入电阻和电容要调整, 外接的输入电阻和电容要尽量匹配, 要求 : CIN = CINL = CINL2 = CINR = CINR2,RIN = RINL = RINL2 = RINR = RINR2 AUG, 206 http://www.fangtek.com.cn 0
可以工作在差分输入模式或单端输入模式, 可以参见后面的应用电路图 增益的计算公式参见公式, 在公式中,AV 是电路期望的增益,RIN 是外接的输入电阻, 单位是 kω 输入电容的电容值会影响电路低频区的增益, 参见后面输入电容的说明 表 2 列举了一些常用的输入电阻和相应的增益值 A V 600 R + 20 = () IN RIN, KΩ 0 5 0 5 8 20 22 27 33 40 47 56 AV (V/V) 30 24 20 7 6 5 4 3 0 9 8 AV (db) 29.5 27.6 26 25 24 23.5 23 22 2 20 9 8 表 2: 外接的输入电阻 RIN 对应的增益值 软驱动模式 为了进一步降低 EMI 的影响, 减小 BOOST 电路和音频输出信号对调频收音机 (FM Radio) 的影响, 内置了软驱动电路, 参见表 5 在软驱动模式下, 增加开关信号上升沿和下降沿翻转的过渡时间, 可以降低高速高频信号的能量 虽然软驱动模式会降低系统的工作效率, 但是效率还是会比普通的 AB 类功率放大器的效率高 用户还可以关闭 BOOST 电路来最大程度地降低 EMI, 但是这样输出功率会比较低 SDRIVE 脚模式描述 接地正常效率高, 输出功率比较大 悬空升压电路关闭低 EMI, 输出功率比较低 接高软驱动模式 EMI 比较低, 输出功率比较大 表 3: 软驱动模式控制 电池电压监测自动增益调节功能 具有电池电压监测自动增益调节功能, 利用类似 ALC 的原理, 可以在电池电压变低时限制输出电压摆幅来降低输出功率, 从而降低电源的电流, 可以防止电池放电电流过大而造成电池过流保护或电池电压太低引起系统崩溃 VKNEE 脚膝点电压 (V) 说明 接地无功能关闭, 最大输出不受电池电压限制 悬空 3.5 膝点电压低, 对输出功率影响比较小 接高 3.40 膝点电压高, 对电池保护比较好, 电池电压低时, 对输出功率影响比较大 表 4: 电池电压跟踪功能 注意 : 只有在 ALC 功能有效的情况下电池电压监测自动增益调节功能才有效 当 工作在 Non-ALC 模式下, 电池电压监测自动增益调节功能是关闭的 膝点电压选的越高, 对电池的保护越好, 对系统的稳定性帮助也越大 声音淡入淡出 内部集成有声音淡入淡出功能, 它会在 或 MUTE 状态变化时启动 淡入淡出功能可以降低芯片启动和关断时产生的噪声, 防止声音的突然变大或变小, 使用户在听觉上有一个平滑过渡过程, 给用户带来更好的听觉感受 AUG, 206 http://www.fangtek.com.cn
启动和关断控制 使用 管脚来控制芯片的启动和关断 当 置于逻辑低电平时, 芯片进入关断状态, 在该状态下 关闭芯片所有功能进入到省电状态 (0µA 以下 ), 输出管脚会被内置的下拉电阻拉到低电平 置于逻辑低电平后, 需要一定的时间 (TSD), 芯片才能完成关断操作, 请在 置低到下次拉高之前保持 TSD 时间的低电平 管脚内置有 300KΩ 的下拉电阻, 在使用时建议等所有电源稳定后再把 置高电平, 在电源关机前先把 置低电平, 这样可以防止在上下电时在喇叭上听到 噼噗 - 咔嗒 声 在 管脚由低电平置为高电平时, 芯片经过一段启动时间 (TSTUP) 才会进入正常工作状态, 这样可以消除前级输入信号短时间的不稳定带来的噪声 CLICK-and-POP 抑制 内部有专门的抑制 click-and-pop 噪声的电路, 可以有效地降低芯片在上电 下电 启动或关断时在输出端可能出现的噪声 为了更加可靠的消除开关机噪声, 建议在芯片的供电电源稳定前保持 的电压为低, 在移去电源之前, 先把 置低 进一步降低 EMI 当 的输出脚 (VOPL/R 和 VONL/R 脚 ) 与喇叭之间的连线比较长时, 建议在输出脚与喇叭之间串接磁珠来进一步降低 EMI 干扰, 如图 5 所示, 还需要在磁珠与喇叭之间接一电容到地 磁珠尽量选择等效直流电阻 (DCR) 比较小, 额定工作电流比较大的, 阻抗可以选 00Ω ~ 220Ω @00MHz, 在使用 8Ω 喇叭时, 建议磁珠的额定工作电流不小于 A, 在使用 4Ω 喇叭时, 建议磁珠的额定工作电流不小于 2A 电容的容值可以根据磁珠的特性和 EMI 的情况来选择, 但电容值不能大于 nf 在 PCB 布局时, 磁珠和电容要尽量靠近相应的输出管脚, 电容的地接在功率地 () 回路上, 并使输出端 磁珠 电容和功率地之间的环路面积最小 VOP Ferrite Chip Bead nf VON Ferrite Chip Bead nf 图 5: 用磁珠电容来降低 EMI RC 缓冲电路 当所用的喇叭的阻抗低于 4Ω 时, 请在芯片两个通道的每个输出端 VOP 和 VON 脚上加入 RC 缓冲电路,RC 缓冲电路可以降低由于感性负载 ( 例如喇叭 ) 在电流突变时产生的高电压, 防止烧坏芯片 VOP R 4.7Ω VON C 4.7nF 图 6: RC 缓冲电路 AUG, 206 http://www.fangtek.com.cn 2
保护模式 内置多种保护功能可以有效防止芯片在异常工作状况下损坏, 包括欠压保护 (UVLO), 过流保护 (OCP) 和过温保护 (OTP), 尽管芯片的输出脚 (VOP 和 VON 之间 ) 有过流保护功能, 但也要尽量防止输出之间互相短路或和地 电源短路 输入电容 (CIN) 芯片的信号输入端需要通过隔直电容与前级信号源相连, 这样可以消除前级输出与 之间直流偏置电压 的差异 输入电容 (CIN) 与输入电阻 ( 包括外接输入电阻 RIN 和内置的输入电阻 ) 构成一个高通滤波器, 它 的截止频率 fc 可以通过公式 5 计算得到 外加的四个输入电容和输入电阻要尽量匹配, 这样可以使左右两个 通道有比较好的一致性, 提升芯片整体性能, 提高 PSRR 指标 另外, 电容尽量选择电压系数比较低的电容, 可以减小信号失真, 输入电容值越大, 低频响应越好 fc = / [2 x π x (RIN +20kΩ) x CIN] (2) 这里 CIN = CINL, CINL2, CINR, or CINR2,RIN 是外接的输入电阻,RIN 的值的选择会影响芯片的增益, 参见前面的说明 PCB 设计注意事项 是带 BOOST 升压电路的 D 类功率放大器, 线路中有高频开关大电流信号, 针对性能和电磁兼容 (EMC) 的要求,PCB 的布局和走线需要仔细考虑, 以图 电路为例, 以下是几点建议 : 关于滤波电容 - 电源走线应单独从供电电源 ( 例如锂电池 ) 端拉出, 走线要尽量宽, 所有的电源滤波电容尽量靠近相应的电源管脚, 高频小容值的电容优先靠近管脚, 走线和管脚之间尽量不要有过孔 CS 尽量靠近 VBAT 和 AGND 脚,CS2 和 CS3 尽量要靠近电感 (L),CS4 和 CS5 要尽量靠近 脚, 靠近 PVDDL 和 PVDDR 脚的地方也需要高频滤波电容, 可以采用低 ESR 的 µf 和 0µF 陶瓷电容 CS8 和 CS9 也要各自与 AVDD 和 BVDD 靠近 这些滤波电容最好与相应的管脚在电路板的同一层上, 不要通过过孔相连 关于 - 电感 管脚和肖特基二极管子的连线要尽量短而粗, 电感端的滤波电容要靠近电感和 B 管脚 关于 GND 的走线 - 芯片的 AGND 和 和 B 可以直接短接到芯片底部的散热焊盘上, 散热焊盘正反面的周围要有大面积覆铜区相连来帮助散热, 正反面的铺地要通过足够多的过孔相连 关于 EMI - EMI 磁珠和电容要尽量靠近相应的输出管脚, 电容的地接在功率地的回路上, 并使输出端 磁珠 电容和功率地之间的环路面积最小, 最大程度上降低电磁辐射 关于芯片散热 功率器件的散热很重要, 以下是有助于散热的一些措施 : 使用二层以上的 PCB, 在芯片的正反面都有大面积的铺地, 在铺地时, 过也要用实心孔, 不要用花孔 在芯片底部的散热焊盘附近要有足够多的金属化过孔和正反面相通, 建议过孔采用 0.3mm, 过孔间相隔 mm 芯片正反面的铺地区域要尽量的连续, 分割的地平面对散热效果有很大的影响 AUG, 206 http://www.fangtek.com.cn 3
典型应用示意图 INL VDD LSL PVDD Cin 0.22uF RS2 Cin 0.22uF CS6 0Ω VDD RS 0Ω Rin CS8 5K CS9 0.uF CS VBAT AGND 28 2 3 4 5 6 7 8 9 INNL INPL VOPL VONL PVDDL AVDD BVDD INNR INPR VOPR VONR PVDDR PVSNS 27 26 25 24 23 22 2 20 0 NC VKNEE B 9 8 2 3 4 ALC SDRIVE B 7 6 5 CS4 22uF Cin 0.22uF CS7 Cin 0.22uF + CS5 220uF LSR PVDD INR 3.0V~5.5V L 3.3uH D SS34 + CS3 470uF CS2 图 7: 单端输入,ALC-2 模式 INNL INPL VDD LSL PVDD Cin 0.22uF RS2 Cin 0.22uF CS6 0Ω VDD RS 0Ω Rin CS8 5K CS9 0.uF CS VBAT AGND 28 2 3 4 5 6 7 8 9 INNL INPL VOPL VONL PVDDL AVDD BVDD INNR INPR VOPR VONR PVDDR PVSNS 27 26 25 24 23 22 2 20 0 NC VKNEE B 9 8 2 3 4 ALC SDRIVE B 7 6 5 CS4 22uF Cin 0.22uF CS7 Cin 0.22uF + CS5 220uF LSR PVDD INNR INPR 3.0V~5.5V L 3.3uH D SS34 + CS3 470uF CS2 图 8: 差分输入,ALC-2 模式 AUG, 206 http://www.fangtek.com.cn 4
典型应用示意图 ( 续 ) INL SDRIVE LSL PVDD VDD R Cin 0.22uF RS2 Cin 0.22uF 00K CS6 0Ω Q MMBT3904 VDD RS 0Ω Rin CS8 5K CS9 0.uF CS VBAT AGND 28 2 3 4 5 6 7 8 9 INNL INPL VOPL VONL PVDDL AVDD BVDD INNR INPR VOPR VONR PVDDR PVSNS 27 26 25 24 23 22 2 20 0 NC VKNEE B 9 8 2 3 4 ALC SDRIVE B 7 6 5 CS4 22uF Cin 0.22uF CS7 Cin 0.22uF + CS5 220uF LSR PVDD INR 3.0V~5.5V L 3.3uH D SS34 + CS3 470uF CS2 图 9: 单端输入,ALC-2 模式, 带 SDRIVE 控制 AUG, 206 http://www.fangtek.com.cn 5
封装尺寸 TSSOP-28L PACKAGE OUTLINE DIMSIONS AUG, 206 http://www.fangtek.com.cn 6
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