概 述 一 款 双 通 道 桥 接 的 音 频 功 率 放 大 器, 在 5V 电 源 电 压 4Ω 负 载 时, 可 提 供 3.5W 的 功 率 具 有 低 功 耗 关 断 模 式 和 过 温 保 护 功 能 在 电 路 启 动 时, 具 有 缓 冲 及 防 抖 动 功 能 此 外, 当 接 立 体 耳 机 时, 芯 片 可 以 单 终 端 工 作 模 式 驱 动 立 体 耳 机 具 有 外 部 控 制 的 低 功 耗 关 断 功 能, 采 用 独 特 的 技 术 减 小 噪 声 ( 开 机 时 的 滴 答 声 与 爆 裂 声 ) 和 失 真 度 功 能 特 性 1. PO 为 10% THD+N, VDD = 5V 2. RL = 4Ω 3.5W (typ) 3. RL = 8Ω 1.7W (typ) 4. 掉 电 模 式 漏 电 流 小, 小 于 1µA 5. 上 电 掉 电 噪 声 抑 制 6. 工 作 电 压 范 围 :2.5V 5.5V 7. 具 有 休 眠 控 制 功 能 应 用 领 域 1 多 媒 体 监 听 器 2 手 提 / 台 式 电 脑 3 便 携 式 音 频 系 统 封 装 形 式 采 用 无 铅 封 装 : SOP-16 引 脚 分 布
管 脚 描 述 符 号 管 脚 号 描 述 +OUTA 15 左 声 道 输 出 端, 正 相 V DD 9,16 电 源 -OUTA 1 左 声 道 输 出 端, 反 相 INA 2 左 声 道 输 入 端 GND 3,4,5,11,14 地 BYP 7 内 部 共 模 电 压 输 出 INB 6 右 声 道 输 入 端 -OUTB 8 右 声 道 输 出 端, 反 相 +OUTB 10 右 声 道 输 出 端, 同 相 SHUTDOWN 13 掉 电 控 制 管 脚, 低 电 平 芯 片 关 断, 高 电 平 正 常 工 作 HP_IN 12 耳 机 输 出 控 制 开 关 最 大 极 限 值 参 数 最 小 值 最 大 值 单 位 说 明 电 源 电 压 6 V 储 存 温 度 -65 150 o C 输 入 电 压 -0.3 V 功 耗 mw 内 部 限 制 耐 ESD 电 压 2000 V HBM 节 温 150 推 荐 工 作 温 度 -40 85 o C 典 型 值 150 o C 推 荐 工 作 电 压 2.5 5.5 V 热 阻 34 焊 接 温 度 215 o C/W o C 60 秒 内
数 字 逻 辑 特 性 参 数 最 小 值 典 型 值 最 大 值 单 位 说 明 电 源 电 压 为 5V 电 源 电 压 为 3V 性 能 指 标 特 性 I DD VIH 1.5 V VIL 1.3 V VIH 1.3 V VIL 1.0 V 符 号 参 数 测 试 条 件 最 小 值 标 准 值 最 大 值 单 位 电 源 静 态 电 流 V IN =0V,I O =0A, 无 负 载 5 7 ma 电 源 静 态 电 流 V IN =0V,I O =0A, 负 载 8Ω 6 8 ma I OFF 芯 片 掉 电 漏 电 流 0.1 1 µa V OS 输 出 失 调 电 压 3.7 20 mv P O 输 出 功 率 (R L =4Ω) THD+N=10%,f=1KHz 3 W T D 芯 片 唤 醒 时 间 100 ms THD+N 总 谐 波 + 失 真 噪 声 P O =0.5W rms; f=1khz 0.5 0.7 % PSRR 电 源 电 压 抑 制 比 Vripple=200mVP-P, 正 弦 波, 输 入 接 10Ω 电 阻 60 63 (f = 217Hz) 67 (f = B Crosstalk 通 道 分 离 度 C B =1µF,f=1KHz 70 db 芯 片 性 能 指 标 1(VDD=5.0V,TA=25oC) 1kHz) db 符 号 参 数 测 试 条 件 最 小 值 典 型 值 最 大 值 单 位 I DD 电 源 静 态 电 流 V IN =0V,I O =0A, 无 负 载 4.5 6 ma 电 源 静 态 电 流 V IN =0V,I O =0A, 负 载 8Ω 5 7 ma I OFF 芯 片 掉 电 漏 电 流 0.1 1 µa V OS 输 出 失 调 电 压 3 18 mv P O 输 出 功 率 (R L =4Ω) THD+N=10%,f=1KHz 1.7 W T D 芯 片 唤 醒 时 间 75 ms THD+N 总 谐 波 失 真 + 噪 声 P O =0.3.5W rms; f=1khz 0.4 0.7 % PSRR 电 源 电 压 抑 制 比 V ripple =200mV P-P, 正 弦 波, 输 入 接 10Ω 电 阻 55 63 (f =217Hz) 68 (f = 1kHz) B Crosstalk 通 道 分 离 度 C B =1µF,f=1KHz 70 db 芯 片 性 能 指 标 2(VDD=3.6V,TA=25oC) db
应 用 说 明 内 部 两 个 通 道 分 别 集 成 两 个 运 算 放 大 器, 每 通 道 第 一 个 放 大 器 的 增 益 可 以 调 整 反 馈 电 阻 来 设 置, 后 一 个 为 电 压 反 相 跟 随, 从 而 形 成 增 益 可 以 配 置 的 差 分 输 出 的 放 大 驱 动 电 路. 外 部 电 阻 配 置 运 算 放 大 器 的 增 益 由 外 部 电 阻 Rf Ri 决 定, 其 增 益 为 Av=2 Rf/Ri, 芯 片 通 过 -OUT(A,B) +OUT(A,B) 输 出 至 负 载, 桥 式 接 法 桥 式 接 法 比 单 端 输 出 有 几 个 优 点 : 其 一 是, 省 却 外 部 隔 直 滤 波 电 容 单 端 输 出 时, 如 不 接 隔 直 电 容, 则 在 输 出 端 有 一 直 流 电 压, 导 致 上 电 后 有 直 流 电 流 输 出, 这 样 即 浪 费 了 功 耗, 也 容 易 损 坏 音 响 其 二 是, 双 端 输 出, 实 际 上 是 推 挽 输 出, 在 同 样 输 出 电 压 情 况 下, 驱 动 功 率 增 加 为 单 端 的 4 倍, 功 率 输 出 大 芯 片 功 耗 功 耗 对 于 放 大 器 来 讲 是 一 个 关 键 指 标 之 一, 差 分 输 出 的 放 大 器 的 最 大 自 功 耗 为 :P DMAX =4 (V DD ) 2 /(2 2 R L ) 必 须 注 意, 自 功 耗 是 输 出 功 率 的 函 数 在 进 行 电 路 设 计 时, 不 能 够 使 得 芯 片 内 部 的 节 温 高 于 T JMAX (150 o C), 根 据 芯 片 的 热 阻 Θ JA 来 设 计, 可 以 通 过 自 己 散 热 铜 铂 来 增 加 散 热 性 能 如 果 芯 片 仍 然 达 不 到 要 求, 则 需 要 增 大 负 载 电 阻 降 低 电 源 电 压 或 降 低 环 境 温 度 来 解 决 电 源 旁 路 在 放 大 器 的 应 用 中, 电 源 的 旁 路 设 计 很 重 要, 特 别 是 对 应 用 方 案 的 噪 声 性 能 及 电 源 电 压 抑 制 性 能 设 计 中 要 求 旁 路 电 容 尽 量 靠 近 芯 片 电 源 脚 典 型 的 电 容 为 10uF 的 电 解 电 容 并 上 0.1uF 的 陶 瓷 电 容 在 应 用 电 路 中, 另 一 电 容 CB( 接 BYP 管 脚 ) 也 是 非 常 关 键, 影 响 PSRR 开 关 / 切 换 噪 声 性 能 一 般 选 择 0.1uF~1uF 的 钽 电 容 掉 电 模 式 为 了 节 电, 在 不 使 用 放 大 器 时, 可 以 关 闭 放 大 器, 有 掉 电 控 制 管 脚, 可 以 控 制 放 大 器 是 否 工 作 该 控 制 管 脚 的 电 平 必 须 要 接 满 足 接 口 要 求 的 控 制 信 号, 否 则 芯 片 可 能 进 入 不 定 状 态, 而 不 能 够 进 入 掉 电 模 式, 其 自 功 耗 没 有 降 低, 达 不 到 节 电 目 的 外 围 元 件 的 选 择 正 确 选 择 外 围 元 器 件 才 能 够 确 保 芯 片 的 性 能, 尽 管 能 够 有 很 大 的 余 量 保 证 性 能, 但 为 了 确 保 整 个 性 能, 也 要 求 正 确 选 择 外 围 元 器 件 在 单 位 增 益 稳 定, 因 此 使 用 的 范 围 广 通 常 应 用 单 位 增 益 放 大 来 降 低 THD+N, 是 信 噪 比 最 大 化 但 这 要 求 输 入 的 电 压 最 大 化, 通 常 的 CODEC 能 够 有 1Vrms 的 电 压 输 出 另 外, 闭 环 带 宽 必 须 保 证, 输 入 耦 合 电 容 Ci( 形 成 一 阶 高 通 ) 决 定 了 低 频 响 应, 选 择 输 入 耦 合 电 容 过 大 的 输 入 电 容, 增 加 成 本 增 加 面 积, 这 对 于 成 本 面 积 紧 张 的 应 用 来 讲, 非 常 不 利 显 然, 确 定 使 用 多 大 的 电 容 来 完 成 耦 合 很 重 要 实 际 上, 在 很 多 应 用 中, 扬 声 器 (Speaker) 不 能 够 再 现 低 于 100Hz-150Hz 的 低 频 语 音, 因 此 采 用 大 的 电 容 并 不 能 够 改 善 系 统 的 性 能 除 了 考 虑 系 统 的 性 能, 开 关 / 切 换 噪 声 的 抑 制 性 能 受 电 容 的 影 响, 如 果 耦 合 电 容 大, 则 反 馈 网 络 的 延 迟 大, 导 致 pop 噪 声 出 现, 因 此, 小 的 耦 合 电 容 可 以 减 少 该 噪 声 另 外, 必 须 考 虑 CB 电 容 的 大 小, 选 择 CB=1uF,Ci=0.1uF~0.39uF, 可 以 满 足 系 统 的 性 能 设 计 参 考 实 例 设 计 规 格 输 出 功 率 3.5W 负 载 阻 抗 4 欧 姆 输 入 电 平 1V rms 输 入 电 阻 20KΩ 带 宽 100Hz~20KHz+/-0.25Db
首 先 确 定 最 小 工 作 电 压 根 据 的 输 出 功 率 与 电 源 电 压 的 关 系 图, 可 以 确 定 电 源 电 压 应 选 择 5.0V 电 源 电 压 的 裕 量 可 以 保 证 输 出 3.5W 的 功 率 而 不 失 真 选 择 电 压 后, 然 后 考 虑 功 耗 的 问 题 考 虑 自 身 功 耗 确 定 电 压 增 益 要 求 A VD 大 于 SQRT(P O R L )/V IN, 即 V orms /V inrms, 而 R f /R i =AVD/2, 在 该 设 计 中, 可 以 计 算 得 出 A VD 最 小 为 2.83, 选 择 A VD =3, 可 以 计 算 得 到 R i =20KΩ,R f =30KΩ 最 后 根 据 带 宽 要 求 来 确 定 输 入 电 容 输 入 低 频 的 -3dB 带 宽 为 100Hz,1/5 低 频 点 低 于 -3dB 约 0.17dB 及 5 倍 高 频 点 ), 在 规 格 要 求 以 内, 取 f L =20Hz, f H =100KHz, 因 此 可 得 C i 约 0.39uF 高 频 点 f H 由 放 大 器 的 GBW 决 定, 至 少 要 求 GBW 大 于 A VD f H =300KHz, 远 小 于 的 3.5MHz HP-IN 功 能 给 HP-IN 加 上 一 个 4V~VDD 的 电 压 可 关 断 运 算 放 大 模 块 A2 和 A4, 使 桥 式 连 接 的 负 载 失 效 当 此 IC 处 于 单 终 端 工 作 模 式 时 静 态 电 流 也 会 随 之 减 小 /SD 1 VDD -OUT A 5 100kΩ Co 100uf 100kΩ HP CONTROL -OUT B 12 Co 100uf 1kΩ 1kΩ 图 2 立 体 耳 机 工 作 电 路 示 意 图 图 2 为 耳 机 控 制 功 能 工 作 示 意 图, 当 没 有 耳 机 插 头 接 入 插 孔 时,R1-R2 分 压 电 阻 使 提 供 到 HP-IN 管 脚 (16 脚 ) 的 电 压 近 似 为 50mV, 驱 动 A3 和 A4 处 于 工 作 状 态, 使 工 作 于 桥 式 模 式 输 出 耦 合 电 容 隔 离 半 供 给 直 流 电 压, 起 到 保 护 耳 机 的 作 用 输 入 HP-IN 管 脚 的 电 压 为 4V 当 工 作 于 桥 式 模 式 时, 实 质 上 负 载 两 端 的 电 压 为 0V 因 此 甚 至 为 理 想 状 态 下, 难 以 引 发 放 大 器 处 于 单 终 端 输 出 的 工 作 模 式 耳 机 接 入 耳 机 插 孔 使 得 耳 机 插 孔 与 -OUTA 分 离 并 使 R1 上 接 HP 管 脚 的 电 压 至 VDD 这 样 耳 机 关 断 功 能 把 A2 和 A4 给 关 断 且 桥 式 连 接 的 扬 声 器 就 不 工 作 了, 放 大 器 便 驱 动 输 出 耦 合 阻 抗 为 R2 和 R3 的 耳 机, 当 耳 机 阻 抗 为 典 型 值 32Ω 时, 输 出 耦 合 阻 抗 R2 R3 对 输 出 驱 动 能 力 的 影 响 可 忽 略 不 计 图 2 也 是 耳 机 插 孔 的 内 部 连 接 关 系 示 意 图, 插 孔 为 一 组 三 线 插 头 的 设 计, 尖 端 和 环 分 别 为 立 体 双 声 道 的 一 个 信 号 输 出, 然 而 最 外 端 的 环 为 地 当 连 接 耳 机 时 有 一 个 控 制 端 连 接 的 耳 机 插 孔 足 以 驱 动 HP-IN 管 脚 一 个 微 处 理 器 或 开 关 可 以 代 替 耳 机 插 孔 中 连 接 控 制 端 的 功 能, 微 处 理 器 或 开 关 向 HP-IN 提 供 4V~VDD 的 电 压, 这 样 连 接 扬 声 器 的 桥 式 模 式 便 停 止 工 作 且 A1 和 A2 分 别 驱 动 耳 机 的 左 右 声 道
注 意 事 项 单 位 增 益 稳 定, 但 如 果 增 益 超 过 10 倍 (20dB) 时, 额 外 的 反 馈 电 容 Cf 需 要 并 联 在 电 阻 Rf 上, 避 免 高 频 的 振 荡 现 象 但 必 须 要 求 与 Rf 组 成 的 极 点 频 率 高 于 fh( 在 实 例 中 为 300KHz), 如 本 例 中 选 择 Cf 为 25pF 时, 转 折 频 率 为 320KHz 可 以 满 足 要 求 设 计 的 电 路 图 封 装 尺 寸 图 SOP-16 封 装 尺 寸 图