MAX9724A/MAX9724B立體聲耳機放大器：小身材大能量

在電子設(shè)備不斷追求小型化和高性能的今天，耳機放大器在便攜式音頻設(shè)備中的作用愈發(fā)重要。今天我要和各位工程師分享的是Maxim推出的MAX9724A/MAX9724B立體聲耳機放大器，這兩款器件以其獨特的設(shè)計和出色的性能，在便攜式設(shè)備領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢。

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一、產(chǎn)品概述

MAX9724A/MAX9724B專為對電路板空間要求苛刻的便攜式設(shè)備而設(shè)計。它們采用了Maxim獨特的DirectDrive?架構(gòu)，能夠從單電源產(chǎn)生以地為參考的輸出，無需使用大型直流阻隔電容，這不僅節(jié)省了成本和電路板空間，還降低了組件高度。此外，該放大器能有效抑制輸入和電源走線作為天線接收到的射頻輻射，防止放大器對耦合噪聲進行解調(diào)。MAX9724A提供外部可調(diào)增益，而MAX9724B則具有內(nèi)部預(yù)設(shè)的 -1.5V/V增益。這兩款放大器每通道可向32Ω負載提供高達60mW的功率，總諧波失真加噪聲（THD+N）低至0.02%。在1kHz時，電源抑制比（PSRR）高達80dB，可在嘈雜的數(shù)字電源下工作，無需額外的線性穩(wěn)壓器。其全面的咔嗒聲和噗噗聲抑制電路可在啟動和關(guān)閉時抑制可聽的咔嗒聲和噗噗聲。

主要應(yīng)用場景

• DVD播放器
• 智能手機
• PDA
• 手機
• MP3播放器
• 筆記本電腦
• 掌上游戲機

二、產(chǎn)品特性亮點

1. 卓越的射頻噪聲抑制能力

相比典型放大器，其射頻噪聲抑制能力可提高多達67dB，有效減少了外界射頻信號對音頻信號的干擾，為用戶提供了純凈的音頻體驗。各位想想，在充滿各種無線信號的環(huán)境中，能有這樣出色的抗干擾能力，對于音頻設(shè)備來說是多么重要。你在測試音頻設(shè)備時有沒有遇到過射頻干擾導(dǎo)致音質(zhì)下降的情況呢？

2. 無需大型直流阻隔電容

DirectDrive架構(gòu)的應(yīng)用是一大創(chuàng)新，省去了大型直流阻隔電容，這對于便攜式設(shè)備的小型化設(shè)計至關(guān)重要。不僅節(jié)省了空間，還減少了成本，提高了產(chǎn)品的競爭力。

3. 低功耗關(guān)機模式

關(guān)機模式下電流小于0.1μA，極大地降低了靜態(tài)功耗，延長了電池續(xù)航時間，這對于依賴電池供電的便攜式設(shè)備來說是一個關(guān)鍵特性。

4. 可調(diào)節(jié)或固定增益選擇

MAX9724A提供可調(diào)增益，方便設(shè)計師根據(jù)不同的應(yīng)用需求進行靈活調(diào)整；而MAX9724B則具有固定的 -1.5V/V增益，簡化了電路設(shè)計。

5. 低失真和高電源抑制比

低至0.02%的THD+N和80dB的PSRR，確保了輸出音頻信號的高質(zhì)量和穩(wěn)定性，減少了失真和電源噪聲對音頻的影響。

6. 節(jié)省空間的封裝形式

提供12凸塊UCSP（1.5mm x 2mm）和12引腳薄QFN（3mm x 3mm x 0.8mm）兩種封裝形式，滿足了不同設(shè)備對尺寸的要求。

三、關(guān)鍵參數(shù)解讀

1. 絕對最大額定值

了解器件的絕對最大額定值對于確保其安全可靠運行至關(guān)重要。例如，VDD的范圍為 -0.3V至 +6V，不同引腳之間也有相應(yīng)的電壓限制。在設(shè)計電路時，我們必須嚴格遵守這些參數(shù)，否則可能會導(dǎo)致器件永久性損壞。你在實際設(shè)計中有沒有因為參數(shù)超出范圍而導(dǎo)致器件損壞的經(jīng)歷呢？

2. 電氣特性

在VDD = 5V等典型條件下，其各項電氣特性表現(xiàn)出色。如靜態(tài)電流ICC為3.5mA，關(guān)機電流ISHDN小于1μA，在不同負載和輸出功率下，THD+N和功率等指標(biāo)都有明確的數(shù)值。這些參數(shù)為我們評估器件的性能提供了依據(jù)，在設(shè)計過程中，我們可以根據(jù)實際需求選擇合適的工作條件。

四、典型工作特性分析

通過各種特性曲線，我們可以更直觀地了解器件在不同條件下的性能表現(xiàn)。例如，總諧波失真加噪聲（THD+N）與輸出功率的關(guān)系曲線，展示了在不同輸出功率下的失真情況；輸出功率與負載電阻和電荷泵電容大小的關(guān)系曲線，有助于我們選擇合適的負載電阻和電容值，以獲得最佳的輸出功率。在實際設(shè)計中，我們可以根據(jù)這些曲線進行優(yōu)化，提高產(chǎn)品的性能。

五、詳細技術(shù)剖析

1. DirectDrive架構(gòu)

傳統(tǒng)單電源耳機放大器需要大型輸出耦合電容來偏置輸出信號，而MAX9724A/MAX9724B的DirectDrive架構(gòu)通過電荷泵創(chuàng)建內(nèi)部負電源電壓，使輸出以地為參考，無需大型直流阻隔電容。這一架構(gòu)不僅節(jié)省了空間和成本，還改善了頻率響應(yīng)。就像給音頻信號開辟了一條更暢通的道路，減少了不必要的阻礙。

2. 電荷泵

采用低噪聲電荷泵，270kHz的開關(guān)頻率遠高于音頻范圍，不會干擾音頻信號。通過控制開關(guān)速度，減少了開關(guān)瞬態(tài)產(chǎn)生的噪聲，同時也降低了寄生鍵合線和走線電感引起的di/dt噪聲。在對音質(zhì)要求較高的應(yīng)用中，這一特性顯得尤為重要。

3. 射頻抗擾度

現(xiàn)代音頻系統(tǒng)容易受到無線網(wǎng)絡(luò)和手機網(wǎng)絡(luò)等射頻輻射的影響。MAX9724A/MAX9724B通過拒絕射頻噪聲并防止其耦合到音頻頻段，有效解決了射頻抗擾度問題。與普通放大器相比，其在不同射頻載波頻率下的表現(xiàn)有明顯改善。

4. 咔嗒聲和噗噗聲抑制

傳統(tǒng)單電源音頻放大器中，輸出耦合電容會導(dǎo)致明顯的咔嗒聲和噗噗聲。而MAX9724A/MAX9724B無需輸出耦合電容，從根本上避免了這一問題。同時，其內(nèi)部的抑制電路還能消除器件內(nèi)部的可聽瞬態(tài)源。在啟動時，通過適當(dāng)延遲SHDN的上升時間，可以進一步消除輸入濾波器引起的咔嗒聲和噗噗聲。

5. 關(guān)機模式

低至小于0.1μA的關(guān)機模式電流，大大降低了靜態(tài)功耗。通過將SHDN引腳拉低，可以禁用放大器和電荷泵；拉高SHDN引腳則可使放大器和電荷泵重新啟用。這一特性對于需要長時間待機的便攜式設(shè)備非常實用。

六、應(yīng)用設(shè)計要點

1. 功率耗散

線性功率放大器在正常工作時會消耗大量功率。我們需要根據(jù)不同封裝的最大允許功率耗散來合理設(shè)計電路。如果功率耗散超過允許值，可以通過降低VDD、增加負載阻抗、降低環(huán)境溫度或添加散熱裝置等方法來解決。熱過載保護電路會在結(jié)溫超過 +150°C時禁用放大器輸出級，確保器件的安全。

2. 輸出動態(tài)范圍和最大輸出擺幅

在設(shè)置最大輸出增益之前，需要先確定系統(tǒng)的動態(tài)范圍，避免輸出信號超出系統(tǒng)動態(tài)范圍而導(dǎo)致削波失真。當(dāng)輸出負載阻抗大于1kΩ時，MAX9724A/MAX9724B的輸出可以在接近電源軌的幾毫伏范圍內(nèi)擺動，但在電源電壓超過4.35V時，需要注意輸出電壓的峰值不能超過絕對最大額定值。

3. 欠壓鎖定（UVLO）

UVLO功能可防止在電源電壓低于2.7V時器件工作，確保在電源電壓不足的情況下設(shè)備能正常運行，避免電池過度放電。當(dāng)電源電壓超過UVLO閾值且SHDN引腳為高電平時，電荷泵開啟，放大器供電。

4. 組件選擇

• 輸入耦合電容：與輸入電阻共同構(gòu)成高通濾波器，去除輸入信號的直流偏置。應(yīng)選擇合適的電容值，使 -3dB點遠低于感興趣的最低頻率，同時要考慮電容的介質(zhì)特性，避免使用高電壓系數(shù)的陶瓷電容導(dǎo)致低頻失真。
• 電荷泵電容：建議使用低ESR的陶瓷電容，對于寬溫度范圍的應(yīng)用，選擇X7R介質(zhì)的電容。飛行電容（C1）的大小會影響電荷泵的負載調(diào)節(jié)和輸出電阻，保持電容（C2）的大小和ESR直接影響PVSS的紋波。
• 電源旁路電容：旁路VDD引腳，降低電源輸出阻抗，減少電荷泵開關(guān)瞬態(tài)的影響。應(yīng)選擇與C1相同值的電容，并將其靠近VDD和PGND引腳放置。

  5. 放大器增益

  MAX9724B的增益內(nèi)部設(shè)置為 -1.5V/V，減少了外部組件數(shù)量；MAX9724A的增益可通過外部反饋電阻和輸入電阻設(shè)置，公式為AV = -RF / RIN。在選擇反饋電阻時，應(yīng)選擇幾十kΩ范圍內(nèi)的值，同時要考慮輸入設(shè)備的源電阻對整體閉環(huán)增益的影響。

  6. 線路輸出放大器和濾波器模塊

  MAX9724A可作為音頻線路驅(qū)動器，在單5V電源下為10kΩ負載提供2VRMS的輸出。當(dāng)用于驅(qū)動立體聲設(shè)備時，可以配置為線路驅(qū)動器和有源低通濾波器，去除DAC輸出的高頻量化噪聲，同時提供標(biāo)準的音頻輸出電平。

  7. 布局和接地

  合理的布局和接地對于獲得最佳性能至關(guān)重要。將PGND和SGND在PCB板上單點連接，PVSS連接到SVSS并通過1μF電容旁路。將電源旁路電容和電荷泵保持電容靠近MAX9724放置，將PGND和攜帶開關(guān)瞬態(tài)的走線遠離SGND和音頻信號路徑。對于薄QFN封裝，要確保暴露焊盤與PGND、SGND和VDD電氣隔離，只有在布局需要時才將其連接到SVSS。

七、總結(jié)

MAX9724A/MAX9724B立體聲耳機放大器以其獨特的設(shè)計、出色的性能和豐富的應(yīng)用特性，為便攜式音頻設(shè)備的設(shè)計提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求選擇合適的型號和工作條件，并注意組件選擇、布局和接地等設(shè)計要點，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。各位工程師在使用過程中如果有任何疑問或經(jīng)驗，歡迎分享交流。希望這篇文章能對大家在設(shè)計耳機放大器電路時有所幫助。