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低EMI、D類音頻放大器及其應(yīng)用

文章來源：永阜康科技更新時(shí)間：2018/3/1 12:08:00

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Maxim新推出的D類音頻功率放大器(MAX9700/MAX9712)對(duì)開關(guān)模式放大技術(shù)作了一些重要改進(jìn)，利用獨(dú)特的調(diào)制結(jié)構(gòu)省去了輸出濾波器，可為便攜式產(chǎn)品提供一種更小、更便宜、效率更高的方案。

低EMI調(diào)制結(jié)構(gòu)

MAX9700/MAX9712利用獨(dú)特的調(diào)制結(jié)構(gòu)以D類效率提供AB類放大器的性能，占用很小電路板空間。MAX9712可為8W負(fù)載提供500mW的功率，MAX9700能夠?yàn)?W負(fù)載提供高達(dá)1.2W的功率。放大器內(nèi)部有兩路比較器對(duì)其輸入進(jìn)行監(jiān)視，并將互補(bǔ)輸入電壓與鋸齒波進(jìn)行比較。當(dāng)鋸齒波輸入幅度超出相應(yīng)的比較器輸入電壓時(shí)，比較器輸出翻轉(zhuǎn)。當(dāng)輸入電壓增大或減小時(shí)，第一個(gè)跳變的比較器輸出脈沖的持續(xù)時(shí)間增加，而另一個(gè)比較器跳變后輸出脈沖的持續(xù)時(shí)間為tON。對(duì)于一定的輸入信號(hào)電平，比較器輸出是一個(gè)脈寬調(diào)制的方波信號(hào)，周期由鋸齒波振蕩器的頻率決定，PWM信號(hào)控制H橋驅(qū)動(dòng)器，打開或者關(guān)閉狀態(tài)相反的一對(duì)MOSFET，使得揚(yáng)聲器兩端的凈電壓(VOUT+ - VOUT-)隨輸入信號(hào)發(fā)生變化，有效采集音頻輸入。放大器的動(dòng)態(tài)范圍由噪聲幅度和鋸齒波信號(hào)幅度決定。

工作模式

MAX9700/MAX9712具有兩種工作模式：固定頻率調(diào)制(FFM)模式和擴(kuò)頻調(diào)制(SSM)模式。FFM模式下可通過SYNC引腳選擇頻率，SYNC=GND時(shí)開關(guān)頻率為1.1MHz、SYNC = FLOAT時(shí)開關(guān)頻率為1.45MHz。另外，在SYNC引腳上施加800kHz"2MHz的外部TTL時(shí)鐘，可以使放大器與系統(tǒng)時(shí)鐘同步(提供完全同步的系統(tǒng))或?qū)㈤_關(guān)諧波的頻譜成分分配到不敏感的頻段。SYNC = VDD時(shí)放大器工作在SSM模式，在SSM模式下，開關(guān)頻率在中心頻率(1.22MHz)附近隨機(jī)變化?20kHz。調(diào)制方案不變，但鋸齒波的頻率隨周期改變，此時(shí)能量分散到隨頻率增長的整個(gè)頻寬上，而不是將大量頻譜能量集中在開關(guān)頻率的倍頻處。在高于幾MHz的頻帶上，EMI等效于寬帶頻譜的白噪聲，與傳統(tǒng)方案相比，擴(kuò)頻模式使輻射指標(biāo)改善5dB。

無濾波調(diào)制

MAX9700/MAX9712采用特有的調(diào)制方案，可以省去傳統(tǒng)D類放大器所需的LC濾波器，既提高了效率、減少了元件數(shù)，又節(jié)省了電路板空間和系統(tǒng)成本。當(dāng)MAX9700/MAX9712輸入端沒有信號(hào)時(shí)，輸出開關(guān)波形如圖1所示。由于放大器采用差分方式驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，兩路輸出互相抵消，于是揚(yáng)聲器兩端空閑模式下的凈電壓為0，降低了功耗。另外，因?yàn)镸AX9712的輸出頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了大多數(shù)揚(yáng)聲器的帶寬，由開關(guān)頻率引起的音頻線圈的偏移非常小，利用揚(yáng)聲器線圈自身的電感和揚(yáng)聲器與人耳的天然濾波作用即可從方波輸出中恢復(fù)音頻成分。為獲得最佳效果，也可以用一個(gè)大于10mH的電感與揚(yáng)聲器串聯(lián)。

效率問題

D類放大器的效率由輸出級(jí)晶體管的工作時(shí)間決定。在D類放大器中，輸出晶體管如同一個(gè)電流調(diào)整開關(guān)，所消耗的額外功率可以忽略不計(jì)，任何與D類輸出級(jí)有關(guān)的功率損耗主要是由MOSFET導(dǎo)通電阻與消耗靜態(tài)電流產(chǎn)生的I

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