超强 TDD 抑制 独有 FM 模式 K 类多模音频功率放大器 AW8735 产品手册 特性 概要 K5:K 类功放第五代, 单芯片实现五种工作模式 专有 RNS(RF-TDD Noise Suppression) 技术 独有 FM 模式, 彻底杜绝 FM ATV 干扰 独有电话免提模式 NCN 技术, 有效防止破音产生 EEE 技术, 优异的全带宽 EMI 抑制能力 抗干扰一线脉冲控制技术 高 PSRR:-75dB(217Hz) 拥有专利的 Thermal AGC 功能 K 类结构, 采用高压 dual-gate CMOS 工艺 优异的 噼噗 - 咔嗒 (Pop-Click) 杂音抑制 过流保护 过温保护 纤小的 TQFN 3mmX3mm 20-Pin 封装 应用 手机 便携式音频设备 Mini 音箱 K5:AW8735TQR 是一款单芯片 多模音频功率放大器, 带有 AB 类 /D 类输出切换技术, 电荷泵模式和直通模式切换技术 独有 FM 模式 电话免提模式, 专为手机音频应用而开发 K5 具有五种工作模式, 通过一线脉冲控制信号进行选择, 可以针对不同功率的扬声器提供所需的工作模式, 为公板设计提供了方便 五种模式全部带有 NCN 技术, 有效防止破音产生 K5 带有艾为专有的 RNS 技术, 有效抑制 TDD 噪声的产生 K5 独有电话免提模式, 带有净音技术, 进一步抑制 TDD Noise, 让免提通话声干干净净 K5 内置优异的 Pop-Click 杂音抑制电路, 有效避免了芯片在开启和关断操作时的 Pop-Click 杂音 K5 在 4.2V 电源 THD+N10% 的情况下, 能够向 8Ω 的喇叭提供 2.3W 的输出功率 K5 采用纤小的 TQFN 3mmX3mm_20L 封 装, 额定的工作温度范围为 -40 至 85 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 1 页共 29 页
引脚分布及标识图 图 1 AW8735TQR 引脚分布俯视图及器件标识图 引脚定义及功能 序号 符号 描述 1 SHDN 芯片关断引脚, 低有效 ; 支持一线控制 3 CP Flying 电容的正端 4,8 VDD 电源引脚 6 INN 功放的负输入端 7 INP 功放的正输入端 12,17,18 PVDD 电荷泵输出引脚 13 VON 功放负输出端 14,20 GND 地引脚 15 VOP 功放正输出端 19 CN Flying 电容的负端 21 GND 散热片在 PCB 上需要与 GND 同样接地 2,5,9,10, 11,16 NC No Connect 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 2 页共 29 页
典型应用图 图 2 AW8735 单端输入方式典型应用图 ( 注 1) 注 1: 单端输入时, 可以从 INN INP 任意一输入端输入音频信号, 另一输入端通过输入电阻 电容接地 PIN4 PIN8(VDD) 在 PCB 布板时必须连在一起, 全部接 VBAT PIN12 PIN17 PIN18(PVDD) 布板时必须连在一起 滤波电容 Cs 建议使用 X7R/X5R 的陶瓷电容, 如果使用钽电容, 则必须在靠近 VDD 管脚处并联大于 1uF 的陶瓷电容以滤除高频干扰信号 4 欧姆应用请参考 应用信息 - 重负载应用 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 3 页共 29 页
图 3 AW8735 差分输入方式典型应用图 ( 注 2) 注 2: PIN4 PIN8(VDD) 在 PCB 布板时必须连在一起, 全部接 VBAT PIN12 PIN17 PIN18(PVDD) 布板时必须连在一起 滤波电容 Cs 建议使用 X7R/X5R 的陶瓷电容, 如果使用钽电容, 则必须在靠近 VDD 管脚处并联大于 1uF 的陶瓷电容以滤除高频干扰信号 4 欧姆应用请参考 应用信息 - 重负载应用 订购信息 产品型号工作温度范围封装形式器件标识发货形式 AW8735TQR -40 ~85 3mmX3mm 20-Pin TQFN AW8735 卷带包装 6000 片 / 盘 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 4 页共 29 页
绝对最大额定值 ( 注 3) 参数 电源电压 V DD INP INN SHDN 引脚电压 范围 -0.3V to 7V -0.3V to V DD +0.3V 封装热阻 θ JA 48 /W 环境温度 -40 to 85 最大结温 T JMAX 125 存储温度 T STG -65 to 150 引脚温度 ( 焊接 10 秒 ) 260 ESD 范围 ( 注 4) HBM( 人体静电模式 ) ±8KV Latch-up 测试标准 :JEDEC STANDARD NO.78B DECEMBER 2008 +IT:450mA -IT:-450mA 注 3: 如果器件工作条件超过上述各项极限值, 可能对器件造成永久性损坏 上述参数仅仅是工作条件的极限值, 不建议器件工作在推荐条件以外的情况 器件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 注 4: HBM 测试方法是存储在一个 100pF 电容上的电荷通过 1.5 KΩ 电阻对引脚放电 测试标准 : MIL-STD-883G Method 3015.7 K5 模式说明 模式 SHDN 控制波形 电荷泵 PVDD ( 注 5) 放大倍数 ( 注 6) NCN RNS 描述 AB 类模式 无 VBAT 12 有 有 模拟输出, 带有防破音功能 D 类模式 无 VBAT 12 有 有 效率高, 驱动小功率扬声器 FM 模式 有 6.3V 16 有 有 模拟输出, 电荷泵升压 K 类模式 有 6.3V 24 有 有 电荷泵输出, 驱动大功率扬声器 免提模式 有 6.3V 24 有 有 电话免提模式, 特有净音技术 表 1. AW8735 模式说明 注 5: AB 类 D 类模式为直通模式,VBAT 电压直接为功放供电, 因此 PVDD 电压与 VBAT 电压一样 FM 模式 K 类模式 免提模式为电荷泵升压模式,PVDD 电压为 6.3V 注 6: 表中放大倍数为外部输入电阻 10kΩ 时的值 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 5 页共 29 页
电气特性 测试条件 :T A 25 ( 除非特别说明 ) 参数条件最小典型最大单位 V DD 电源电压 2.5 4.5 V V IH SHDN 高电平输入 1.3 V DD V V IL SHDN 低电平输入 0 0.35 V V OS 输出失调电压 无输入,V DD 2.5V to 4.5V 0 40 mv I SD 关断电流 V DD 3.6V, SHUTDOWN 0V 0.1 μa T TG Thermal AGC 启动温度阈值 155 T TGR Thermal AGC 退出温度阈值 120 T SD 过温保护温度阈值 160 T SDR 过温保护退出温度阈值 120 T ON 启动时间 28 ms 电荷泵 PVDD 输出电压 V DD 3.3V to 4.5V 6.3 V F1 工作频率 VDD3V to 5.5V 480 600 720 khz TST 软启动时间 空载,COUT10uF 0.5 ms IL PVDD 短地限流 300 ma 功放 AB 类 I q 静态电流 6.4 ma η 效率 V DD 3.6V,Po0.8W,R L 8Ω 72 % Av 放大倍数 外部输入电阻 10kΩ 12 V/V Rini 内部输入电阻 10 kω PSRR 电源抑制比 V DD 4.2V,Vp-p_sin200mV 217Hz -70 db 1kHz -68 db THD+N D 类 P O 总谐波失真 + 噪声 输出功率 V DD 4.2V,Po0.5W,R L 8Ω,f1kHz 0.26 % V DD 3.6V,Po0.25W,R L 8Ω,f1kHz 0.23 % THD+N10%,f1kHz,R L 8Ω,V DD 4.2V 1 W THD+N1%,f1kHz,R L 8Ω,V DD 4.2V 0.78 W I q 静态电流 V DD 3.6V, 无输入, 空载 3.2 ma η 效率 V DD 3.6V,Po0.9W,R L 8Ω 80 % Fosc 调制频率 V DD 2.5V to 4.5V 300 khz Av 放大倍数 外部输入电阻 10kΩ 12 V/V Rini 内部输入电阻 10 kω PSRR 电源抑制比 V DD 4.2V,Vp-p_sin200mV 217Hz -71 db 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 6 页共 29 页
THD+N P O FM 模式 总谐波失真 + 噪声 输出功率 1kHz -70 db V DD 4.2V,Po0.5W,R L 8Ω,f1kHz 0.18 % V DD 3.6V,Po0.25W,R L 8Ω,f1kHz 0.22 % THD+N10%,f1kHz,R L 8Ω,V DD 4.2V 1 W THD+N1%,f1kHz,R L 8Ω,V DD 4.2V 0.85 W I q 静态电流 V DD 3.6V, 无输入, 空载 16 ma η 效率 V DD 4.2V,Po1W,R L 8Ω 43 % Av 放大倍数 外部输入电阻 10kΩ 16 V/V Rini 内部输入电阻 5 kω PSRR 电源抑制比 V DD 4.2V,Vp-p_sin200mV, 217Hz -80 db 1kHz -75 db THD+N K 类 P O 总谐波失真 + 噪声 输出功率 V DD 4.2V,Po0.5W,R L 8Ω,f1kHz 0.23 % V DD 4.2V,Po0.25W,R L 8Ω,f1kHz 0.24 % THD+N10%,f1kHz,R L 8Ω,V DD 4.2V 2.1 W THD+N1%,f1kHz,R L 8Ω,V DD 4.2V 1.7 W I q 静态电流 V DD 3.6V, 无输入, 空载 10.2 ma η 效率 V DD 4.2V,Po1.5W,R L 8Ω 66 % Fosc 调制频率 V DD 2.5V to 4.5V 300 khz Av 放大倍数 外部输入电阻 10kΩ 24 V/V Rini 内部输入电阻 5 kω PSRR 电源抑制比 V DD 4.2V,Vp-p_sin200mV, 217Hz -75 db 1kHz -72 db THD+N P O 免提模式 总谐波失真 + 噪声 输出功率 V DD 4.2V,Po0.5W,R L 8Ω,f1kHz 0.2 % V DD 4.2V,Po0.25W,R L 8Ω,f1kHz 0.2 % THD+N10%,f1kHz,R L 8Ω,V DD 4.2V 2.3 W THD+N1%,f1kHz,R L 8Ω,V DD 4.2V 1.9 W I q 静态电流 V DD 3.6V, 无输入, 空载 10.2 ma η 效率 V DD 4.2V,Po1.5W,R L 8Ω 66 % Fosc 调制频率 V DD 2.5V to 4.5V 300 khz Av 放大倍数 外部输入电阻 10kΩ 24 V/V Rini 内部输入电阻 5 kω PSRR 电源抑制比 V DD 4.2V,Vp-p_sin200mV, 217Hz -85 db 1kHz -80 db THD+N P O 总谐波失真 + 噪声 输出功率 V DD 4.2V,Po0.5W,R L 8Ω,f1kHz 0.2 % V DD 4.2V,Po0.25W,R L 8Ω,f1kHz 0.2 % THD+N10%,f1kHz,R L 8Ω,V DD 4.2V 2.3 W THD+N1%,f1kHz,R L 8Ω,V DD 4.2V 1.9 W 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 7 页共 29 页
V LIMIT 净音技术检测阈值 (Vp) 外部输入电阻 10kΩ 15 mv A MAX1 净音技术最大衰减增益 -15 db 一线脉冲控制 T H SHDN 高电平持续时间 V DD 2.5V to 4.5V 0.75 2 10 us T L SHDN 低电平持续时间 V DD 2.5V to 4.5V 0.75 2 10 us T LATCH SHDN 状态锁存时间 V DD 2.5V to 4.5V 500 us T OFF SHDN 关断延迟时间 V DD 2.5V to 4.5V 500 us NCN( 注 7) T AT 启动时间 20 ms T RL 释放时间 1.2 s A MAX 最大衰减增益 -6 db Flying 电容检测 ( 注 8) CF LIMITH Flying 电容高检测阈值 V DD 2.5V to 4.5V 500 nf CF LIMITL Flying 电容低检测阈值 V DD 2.5V to 4.5V 1 nf 注 7: 启动时间是指增益衰减 6dB 的时间, 释放时间是指增益恢复 6dB 的时间 注 8: 当 Flying 电容高于 500nF 时, 系统为电荷泵升压工作模式 ; 当 Flying 电容低于 1nF 时, 系统为直通工作模式 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 8 页共 29 页
测试方法 K5 有模拟输出和数字输出两种方式, 其中 AB 类模式 FM 模式输出为模拟信号, 可以直接在输出对差分信号进行测试 ;D 类模式 K 类模式 免提模式输出为方波信号, 如图 4 所示, 需要在两个输出各接一个低通滤波器将开关调制频率滤除, 然后测量滤波器的差分输出即可得到模拟输出信号 图 4 AW8735 测试电路图 低通滤波器推荐采用表 2 中的电阻 电容值 滤波电阻 滤波电容 低通截止频率 500Ω 10nF 32kHz 1kΩ 4.7nF 34kHz 表 2. AW8735 测试用滤波器推荐值 功率计算方法 根据上面的测试方法, 在低通滤波器的输出端得到差分模拟信号, 利用示波器测试差分模拟信号的有效值 Vo_rms, 如下图所示 : 图 5 输出有效值示意图 扬声器的功率计算如下 : (Vo _ rms) P L R L 2 ( R L : 扬声器的负载阻抗 ) 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 9 页共 29 页
典型特性曲线 1.4 输出功率 vs 电源电压 1.4 输出功率 vs 电源电压 1.2 1 AB 类模式 RL8Ω+33μH f1khz 1.2 1 D 类模式 RL8Ω+33μH f1khz 0.8 10% THD 0.8 10% THD 0.6 0.4 1% THD 0.6 0.4 1% THD 0.2 0.2 0 3 3.5 4 4.5 电源电压 ( V ) 0 3 3.5 4 4.5 电源电压 ( V ) 3 输出功率 vs 电源电压 3 输出功率 vs 电源电压 2.5 FM 模式 RL8Ω+33μH f1khz 2.5 K 类模式 & 免提模式 RL8Ω+33μH f1khz 2 10% THD 2 10% THD 1.5 1.5 1 1% THD 1 1% THD 0.5 0.5 0 3 3.5 4 4.5 电源电压 ( V ) 0 3 3.5 4 4.5 电源电压 ( V ) 20 18 静态电流 vs 电源电压 FM 模式 No Load 30 28 增益 vs 频率 免提模式 16 24 14 12 10 8 K 类模式 免提模式 20 16 12 FM 模式 K 类模式 6 AB 类模式 4 2 D 类模式 0 2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3.5 3.7 3.9 4.1 4.3 4.5 电源电压 ( V ) 8 AB 类模式 D 类模式 4 R L 8Ω+33μH 0 20 100 1k 10k 20k 频率 ( Hz ) 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 10 页共 29 页
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D 类模式启动时序 D 类模式关断时序 SHDN SHDN VOP&VON 4ms/div VOP&VON 50μs/div NCN 功能启动时序 NCN 功能释放时序 Vin Vin VOP-VON VOP-VON 2.5ms/div 200ms/div 静音功能启动时序 静音功能释放时序 Vin Vin VOP-VON VOP-VON 200ms/div 8ms/div 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 15 页共 29 页
功能框图 图 6 AW8735 功能框图 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 16 页共 29 页
工作原理 K5:AW8735TQR 是一款单芯片 多模音频功率放大器, 有 5 种工作模式, 全部带有 NCN 技术, 有效防止破音产生, 独有 FM 模式 电话免提模式, 专为手机音频应用而开发 K5 带有 AB 类 /D 类切换技术, 电荷泵模式和直通模式切换技术, 将 AB 类 D 类 K 类放大器模式集于一身, 通过一线脉冲控制信号进行选择, 可以针对不同功率的扬声器提供所需的工作模式, 为手机公版设计提供方便 K5 带有艾为专有的 RNS 技术, 对电话免提时的电源传导 空间辐射有很强的抑制作用, 防止的 TDD 噪声的产生 K5 独有电话免提模式, 带有净音技术, 进一步抑制 TDD Noise, 让免提通话声干干净净 K5 内置优异的 Pop-Click 杂音抑制电路, 有效避免了芯片在开启和关断操作时的 Pop-Click 杂音 K5 采用纤小的 TQFN 3mmX3mm_20L 封装, 额定的工作温度范围为 -40 至 85 抗干扰一线脉冲控制技术一线脉冲控制技术是一种只需要单 GOIO 口就可以对芯片进行操作, 完成多种功能的控制方法, 在 GPIO 口紧缺和布线紧张的便携式系统中很受欢迎 当控制信号的走线比较长, 由于信号完整性或者射频干扰的问题, 会产生窄小的毛刺信号, 艾为的一线脉冲控制技术在控制管脚内部加入了 Deglitch 技术, 可以有效消除毛刺信号的影响, 如图 6 所示 图 7 艾为 Deglitch 功能示意图 传统的一线脉冲控制技术在芯片启动后仍然接收控制端口的脉冲信号, 因此当主控芯片 ( 如手机 BB) 在芯片工作期间误送脉冲时, 就会发生状态错误的现象 K5 采用了一线脉冲状态锁存的技术, 在主控芯片送入脉冲后, 将状态锁存, 不再接收误送的脉冲信号, 如图 7 所示 图 8 抗干扰一线脉冲功能示意图 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 17 页共 29 页
一线脉冲控制方法 (K5 工作模式控制方法 ) K5 通过检测 SHDN 管脚送入的一线脉冲信号上升沿数目来判断进入何种模式, 如图 8 所示 :SHDN 管脚直接拉高, 只有一个上升沿,K5 进入 AB 类模式 ;SHDN 管脚直接拉高 拉低 拉高, 有两个上升沿, K5 进入 D 类模式 依次类推,K5 有 5 种工作模式, 最多可以送入 5 个上升沿, 上升沿的数目不允许超过 5 个 一线脉冲的高 低电平时间为 0.75μs 到 10us 之间, 建议采用 2us 的高 低电平时间 AB 类模式 D 类模式 FM 模式 K 类模式 免提模式 T H T L T OFF 图 9 一线脉冲控制方法 需要在模式之间切换时, 需要将 SHDN 先拉低, 拉低时间 ( 建议拉低时间为 1ms) 超过 T OFF 后, 芯片关断, 内部寄存器复位, 再送入需要的脉冲就可以了, 如图 9 所示 图 10 一线脉冲状态切换控制时序 RNS(RF TDD Noise Suppression) TDD Noise 产生的原因 GSM 蜂窝电话采用 TDMA:Time Division Multiple Access( 时分多址 ) 时隙分享技术 时分多址把时间分割成周期性的帧, 每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号, 基站发向多个移动终端的信号也都按顺序安排在预定的时隙中传输 这其中每个 TDMA 帧含 8 个时隙, 整个帧时长约为 4.615ms, 每个时隙时长为 0.577ms GSM 制式的手机,RF 功率放大器每隔 4.615ms(217Hz) 就会有一次讯号传输, 讯号传输时会产生间歇的 Burst 电流和很强的电磁辐射 间歇的 Burst 电流会形成 217Hz 的电源波动 ;900MHz 和 1800MHz 的高频 RF 信号形成了 217Hz 的射频包络信号 217Hz 的电源波动会通过传导耦合到音频讯号通路中, 217Hz 的射频包络信号会通过辐射耦合到音频讯号通路中, 如果防护不好, 就会产生可听到的 TDD Noise, 其中包括了 217Hz 噪声和 217Hz 的谐波噪声信号 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 18 页共 29 页
VBAT 4.615ms RF 图 11 GSM 射频工作时电源电压和 RF 信号示意图 RNS 技术通过艾为特有的电路架构对传导和辐射的干扰进行了全方面的抑制 有效提高对 TDD Noise 的抑制能力 传导噪声的抑制 RF 功率放大器工作时, 以 217Hz 的频率从电池中抽取电流, 由于电池有一定的内阻, 会在电源上引起 217Hz 的电源纹波, 电源纹波会通过音频功率放大器耦合到喇叭上 对电源波动的抑制能力取决于音频功率放大器的 PSRR vout PSRR 20 log( vdd 全差分放大器由于输入 输出完全对称, 理论上电源波动对两个输出的影响是完全一样的, 差分输出完全不受电源波动的影响 实际情况中, 由于工艺偏差等因素影响, 放大器会有一定的失配,PSRR 一般都优于 -60dB,-60dB 表示输出相对于电源的波动可以衰减 1000 倍, 比如 500mVp 的电源波动, 差分输出为 0.5mV, 基本可以满足应用需求 但在实际应用中,PSRR 为 -60dB 甚至 -80dB 的功率放大器都可能会碰到传导的 TDD Noise 问题, 这是为什么呢? 这里我们还需要考虑音频功率放大器外围器件失配的影响 对传统音频功率放大器, 当输入电阻 Rin 输入电容 Cin 发生失配时, 会极大地影响音频功率放大器的 PSRR 指标, 在 24 倍放大倍数情况下,1% 的输入电阻 电容失配会使 PSRR 弱化到 -46dB 左右,10% 的输入电阻 输入电容失配会使 PSRR 弱化到 -28dB 左右, 当电源波动较大时, 就很容易产生可听到的 TDD Noise 为了提升输入电阻 输入电容失配情况下音频功率放大器的 PSRR,K5 采用了特有的传导噪声抑制电路, 使得输入电阻 输入电容偏差 10% 甚至更大的情况下仍然保持较高的 PSRR 值, 极大地抑制了传导噪声的产生 ac ac ) 辐射噪声的抑制 音频讯号模块的输入走线, 输出走线, 喇叭环路, 甚至电源和地环路都可能会受到 RF 辐射干扰, 较长的输入走线 输出走线类似于天线的作用, 尤其容易受到 RF 辐射的影响 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 19 页共 29 页
在设计中可以采用合理的 PCB 布局来降低 RF 辐射的影响, 如尽量缩短输入 输出走线长度 ; 音频器件尽量远离 RF 天线并屏蔽 ; 保持音频讯号通路上各器件地的完整性 ; 在敏感结点增加到地的小电容旁路 RF 信号等 但是在实际应用中,PCB 布局很难完全考虑到 RF 辐射对音频讯号通路的影响, 仍然会有一些 RF 能量会耦合到音频讯号通路中, 形成可听的 TDD Noise 为此,K5 在芯片内部采用了特有的 RF 辐射抑制电路, 在芯片内部建立屏蔽层, 有效阻挡高频 RF 能量进入芯片中, 保证功放输出给喇叭的驱动信号不会受到天线 RF 辐射的影响, 从而避免了由于天线 RF 辐射引起的 TDD Noise 图 12 RF 辐射耦合示意图 净音技术 ( 免提模式 ) 通过 RNS 技术,K5 可以很好地抑制 217Hz 的电源纹波干扰和 RF 辐射干扰, 但如果 RF 信号对音频功率放大器的前级 ( 如 BB) 形成了干扰, 前级音源信号中就含有 217Hz 的 TDD noise 信号, 这样的干扰信号与输入信号一样, 会通过放大器放大, 在喇叭上形成可听到的 TDD noise 净音技术主要用于抑制输入信号中 217Hz 的 TDD noise 干扰, 只在 K5 免提模式中带有这个技术 实时地检测输入信号的幅度, 当输入信号的幅度低于设定的阈值后, 逐步降低 K5 内部的增益, 有效降低免提空闲时段内的 TDD noise 图 13 净音技术原理图 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 20 页共 29 页
NCN 音频应用中, 输入信号过大或电池电压下降等因素都会导致音频放大器的输出信号发生不希望的破音失真, 并且过载的信号会对扬声器造成永久性损伤 艾为独特的无破音 (NCN) 功能可以通过检测放大器的破音失真, 自动调整系统增益, 使得输出音频信号保持圆润光滑, 不仅有效地避免了大功率过载输出对喇叭的损坏, 同时带来舒适的听音感受 K5 的五种模式全部带有 NCN 功能, 有效防止破音生产, 保护喇叭不被损坏 图 14 NCN 工作原理图 启动时间 (attack time) 启动时间是指 NCN 功能从检测发现输出破音失真, 到增益衰减 -6dB 所需要的时间 快速的启动时间可以响应快速变化的信号, 防止瞬间破音产生并很好地保护喇叭, 但是快速的启动时间可能会带来喘息声的问题 ; 缓慢的启动时间可以保持音乐缓慢变化的韵律, 但是缓慢的启动时间对快速的信号变化响应较差, 可能会带来破音的问题 K5 针对手机等便携式设备的音频特点, 启动时间设置为 20ms, 在保持音乐韵律的同时, 有效消除破音 保护喇叭 释放时间 (release time) 释放时间是指 NCN 功能从检测输出不再破音失真, 到增益恢复 6dB 所需要的时间 快速的释放时间可以响应快速变化的信号, 可以很好的恢复音乐中快速变化的信号, 但是和启动时间一样, 快速的释放时间也可能会带来喘息声 ; 缓慢的释放时间使失真平滑, 柔和, 可以较好地抑制破音产生, 但较长的释放时间会使音乐听起来 闷, 缺乏冲击力 K5 针对手机等便携式设备的音频特点, 释放时间设定为 1.2s 电荷泵 (Charge Pump) K5 采用高压 dual-gate CMOS 工艺, 内置两倍电荷泵电路, 在 3.3V~4.5V 的电源电压范围内, 为内部功放电路提供 6.3V 的高压电压轨, 允许功放在锂电池电压范围内提供更大的输出动态范围, 从而实现大音量 高品质的 K 类音响功放播放效果 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 21 页共 29 页
图 14 为电荷泵的基本原理图,K5 的电荷泵包括 4 个开关, 通过对四个开关的时序控制, 将 PVDD 电压升高到 6.3V VDD S11 CP S22 PVDD S21 S12 CN C F 4.7μF C H 10μF 10V 图 15 电荷泵原理图 电荷泵的工作过程有两个相位, 在 Φ1 中, 如图 15 所示 :S11 和 S12 闭合,VDD 对 Flying 电容充电 图 16 Φ1: Flying 电容充电 在 Φ2 中, 如图 16 所示 :S11 和 S12 断开,S21 和 S22 闭合, 由于电容两端的电压不能突变, 因此 Flying 电容电压叠加在 VDD 上, 使 PVDD 升到了更高的电压 图 17 Φ2: Flying 电容电荷转移到输出电容 C H 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 22 页共 29 页
Flying 电容检测功能 K5 带有艾为拥有专利的 Flying 电容检测技术, 当 Flying 电容不贴时,K5 工作在直通模式 此时,SHDN 只能控制 K5 进入前两个模式, 如图 17 所示, 模式具体功能见表 1 图 18 K5 无 Flying 电容时各输入脉冲对应的工作模式 无需滤波器的 D 类放大器传统 D 类放大器在无输入信号的空闲状态, 输出是反相的方波输出, 反相的方波直接加在喇叭负载上, 会在喇叭上形成很大的开关电流功耗, 因此需要在功放输出增加 LC 滤波器来恢复模拟音频信号 LC 滤波器增加了成本和 PCB 布板面积, 同时增加了功耗, 降低了 THD+N 等性能 K5 采用了无需滤波器的 D 类放大器架构, 不需要输出的 LC 滤波器 在无输入信号的空闲状态, 功放的两个输出 (VOP VON) 为同相的方波, 不会在喇叭负载上产生空闲开关电流 在输入端加了输入信号后, 输出的占空比发生变化,VOP 的占空比变大的同时 VON 的占空比变小, 输出的差分值在喇叭上形成了输出的差分放大信号 EEE K5 采用艾为拥有专利的 EEE 技术, 有效控制功放数字输出时的边沿速度, 在全带宽范围内极大地降低 EMI 干扰, 完全满足 FCC CLASS B 规范要求 Pop-Click 抑制 Pop-Click 是发生在功放开启和关断瞬间的异常杂音,K5 采用艾为专有的 Pop-Click 抑制电路, 有效抑制功放打开 关断时的瞬间噪声 效率 K5 有 5 种工作模式, 效率各不相同, D 类模式效率最高, 然后是 K 类放大器模式, 其次是 AB 类放大器模式, 最后是 FM 模式 其中 FM 模式建议只采用 8 欧姆喇叭负载 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 23 页共 29 页
功放工作的最高环境温度与芯片在 PCB 上的散热能力相关, 为了获得良好的散热性能,K5 的散热片和 GND 管脚要直接连在大面积的铺地层上, 与散热片相连的铜层尽量多打过孔到其它地层以增加整体的散热能力 Thermal AGC/ 过温保护 K5 采用拥有专利的 Thermal AGC 技术, 可以根据芯片温度变化, 自动调节系统放大倍数, 减小芯片自身消耗的功耗, 防止芯片在温度过高的情况下受到损伤 K5 具有自动温度检测机制, 当芯片温度超过预设的 Thermal AGC 启动温度阈值 (155 ) 时, 芯片会启动自动增益控制电路以减小系统放大倍数, 从而减小芯片自身所消耗的能耗, 减缓或阻止芯片温度的继续上升 当芯片温度恢复到正常工作范围 ( 低于 120 ) 时, 自动增益控制电路会将系统放大倍数恢复至原始状态 如果芯片工作在故障状况下, 芯片温度过高, 上升到预设的过热保护温度阈值 (160 ) 时, 系统会启动过热保护, 将芯片关断 当芯片温度恢复至正常工作范围 ( 低于 120 ) 时,K5 重新启动, 恢复正常工作 自动恢复的过流保护功能 K5 带有可自动恢复的输出过流保护功能, 当过流发生的时候,K5 内部的保护电路将芯片关断, 保证芯片不被损坏, 当短路故障消除后, 芯片自动恢复工作, 无需重新启动 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 24 页共 29 页
应用信息 输入电阻 R ine ( 放大倍数设定 ) K5 的输入端为差分放大器结构, 可以采用单端输入接法和差分输入接法, 两种接法的放大倍数设定是相同的 K5 集成了一部分输入电阻, 可以通过改变外置输入电阻的阻值对放大倍数进行调节, 其中,AB 类模式 D 类模式的内置输入电阻为 10kΩ;FM 模式 K 类模式 免提模式的内置输入电阻为 5kΩ 以外置 R ine 输入电阻 10kΩ 为例, 放大倍数的计算如下 : AB 类模式 : D 类模式 : FM 模式 : K 类模式 : 免提模式 : A A A A A 240k Ω R + R 240k Ω 10kΩ + 10kΩ V ine ini 240k Ω R + R 240k Ω 10kΩ + 10kΩ V ine ini 240k Ω R + R 240k Ω 10kΩ + 5kΩ V ine ini 360k Ω R + R 360k Ω 10kΩ + 5kΩ V ine ini 360k Ω R + R 360k Ω 10kΩ + 5kΩ V ine ini 12V/V 12V/V 16V/V 24V/V 24V/V 输入电容 Cin( 输入高通截止频率 ) 输入电容与输入电阻一起, 形成了一个高通滤波器, 用以滤除输入信号的直流分量 高通滤波器的 -3dB 点如下所示 : 1 fh( 3dB) 2 π R 应用中选用较小的 C in 电容有助于滤除从输入端耦合进入的 217Hz 噪声, 并且较小的电容有利于减小功放开启时的噼噗 - 咔哒声 两个输入电容之间良好的匹配有利于提升芯片整体性能及抑制噼噗 - 咔哒声, 推荐使用容差 10% 或者更好的电容 以典型应用中的输入电容 输入电阻值为例 :, 输入高通截止频率如下所示 : AB 模式 D 类模式 : 1 f ( 3dB) 2 π R intotal C in (Hz) 1 (Hz) (Hz) 2 π 20kΩ 22nF H intotal C in FM 模式 K 类模式 免提模式 : 364Hz 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 25 页共 29 页
1 f ( 3dB) 2 π R 1 (Hz) (Hz) 2 π 15kΩ 22nF H intotal C in AW8735 产品手册 485Hz 输入差分滤波电容 C d ( 输入低通截止频率 ) 输入差分滤波电容与输入电阻一起, 形成了一个低通滤波器, 可以用于衰减输入信号的高频分量, 当扬声器播放音乐声音发尖时, 可以适当衰减一部分高频输入信号, 使音乐信号柔和 舒适 低通滤波器的 -3dB 点如下所示 : f ( 3dB) L 2 π (R int 1 //R ine ) 2 C d (Hz) 以输入电阻 Rine10kΩ, 差分电容 0.47nF 为例, 输入高通截止频率如下所示 : AB 模式 D 类模式 : f ( 3dB) 2 π (R 1 //R 1 (Hz) (Hz) 2 π 5kΩ 2 0.47nF L int ine ) 2 C d FM 模式 K 类模式 免提模式 : f ( 3dB) 2 π (R 1 //R 1 (Hz) (Hz) 2 π 3.33kΩ 2 0.47nF L int ine ) 2 C d 34kHz 51kHz 电源退耦电容 (C S ) 良好的退耦电容可以提高功放的效率和性能, 推荐使用低 ESR(equivalent-series-resistance) 的 X7R 或者 X5R 陶瓷电容 K5 的应用中, 有两个 VDD 管脚, 分别是 PIN4 和 PIN8, 其中 PIN4 是功率电源管脚, PIN8 是模拟电源管脚 在 PIN8 管脚上放置一个 33pF~0.1uF 的陶瓷电容, 用以滤除电源上的高频干扰, 这个电容要尽量紧靠 PIN8 管脚放置 ; 为了滤除更低频的噪声干扰, 同时为了更好地稳定模拟电源的电压, 可以再放置一个 1uF 的低 ESR 电容 PIN4 管脚是功率电源管脚, 主要为内部的电荷泵电路提供电流, 这个电容类似于电荷水库, 可以比电池更快地提供电流, 因此有助于稳定电源电压, 防止电压的快速波动, 这里推荐使用 10uF 的低 ESR 陶瓷电阻, 尽量靠近 PIN4 管脚放置 电荷泵 Flying 电容 (C F ) Flying 电容用于在电源和电荷泵负载之间传递能量,Flying 电容的值直接影响电荷泵的负载调整率和输出驱动能力 Flying 电容太小, 会影响电荷泵的负载调整率和输出驱动能力, 从而影响功放的输出功率, Flying 电容越大, 负载调整能力越强, 驱动能力也越强 推荐使用 4.7uF, 低 ESR 的 X7R X5R 陶瓷电容 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 26 页共 29 页
电荷泵保持电容 (C H ) 电荷泵的保持电容容值和 ESR 直接影响电荷泵输出电压的纹波大小, 从而影响功放的性能 推荐使用 10uF, 低 ESR 的 X7R X5R 陶瓷电容 由于电荷泵输出电压为 6.3V, 保持电容需要选用 10V 耐压的电容 输出磁珠 电容 K5 在 D 类和 K 类模式下, 采用了 EEE 技术, 在没有磁珠 电容的情况下, 仍可满足 FCC CLASS B 规范要求 在输出线过长或者器件布局靠近 EMI 敏感设备时, 建议使用磁珠 电容, 磁珠 电容紧靠芯片输出管脚放置 VOP 磁珠 1nF VON 磁珠 1nF 图 19 典型的输出磁珠 电容应用图 推荐磁珠类型 负载 供应商 型号 封装 描述 8Ω Sunlord UPZ1608U221-2R2TF 0603 Imax2.2A;Z@100MHz220Ω;DCR0.05Ω 在 D 类和 K 类模式下, 输出为方波信号, 该方波信号在输出电容上会形成开关电流, 增加静态功耗, 因此输出电容不宜太大, 推荐使用 1nF 的陶瓷电容 在 AB 类模式和 FM 模式下, 太大的输出电容会影响 功放输出的稳定性, 这两种模式下, 输出电容不能大于 5nF 重负载应用 在 4Ω 负载的应用中, 需要在输出管脚连接肖特基二极管, 同时需要对应用的可靠性进行详细评估, 如下图所示 : PVDD VOP B1 AW8735 VON B2 4Ω GND 推荐肖特基二极管类型 (IF>2A,VF<0.5V) 供应商 型号 封装 描述 VISHAY SSA23L DO-214AC IF2A;VF0.38V VISHAY SS2P2L DO-220AA IF2A;VF0.45V ONSEMI SS22T3G SMB IF2A;VF0.5V 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 27 页共 29 页
封装描述 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 28 页共 29 页
版本信息 日期版本更新内容 增加 重负载应用 内容 声明 : 上海艾为电子技术有限公司不对本公司产品以外的任何电路使用负责, 也不提供其专利许可 上海艾为电子技术有限公司保留在任何时间 没有任何通报的前提下修改产品资料和规格的权利 版权所有 2011 上海艾为电子技术有限公司第 29 页共 29 页