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無濾波器雙路D類功放MAX9713/9714原理與應用
摘要：MAX9713／MAX9714是Maxim公司最新推出的無濾波器雙路Ｄ類音頻功率放大器。文中介紹了MAX9713／MAX9714的基本性能和主要特點，給出了MAX9713／MAX9714的引腳功能和主要性能參數，同時給出了該器件在音響設備上的應用電路。關鍵詞：MAX9713；MAX9714；D類；音頻；功率放大器
１ 概述
ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４無濾波器Ｄ類音頻功率放大器是ＭＡＸＩＭ公司生產的開關型功率放大器的改進產品，其中ＭＡＸ９７１３是單聲道功率放大器，ＭＡＸ９７１４是立體聲功率放大器，它們均具有ＡＢ類功率放大器的性能和Ｄ類功率放大器的效率，且不需要傳統Ｄ類功率放大器的輸出濾波器，也不需要散熱器，因而節省了電路板面積，降低了設計成本。ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４器件采用１０Ｖ～２５Ｖ單電源電壓供電，靜態電流僅為１８ｍＡ。在單路工作模式下，該器件可向８Ω負載輸出高達６Ｗ的功率，且效率高達８５％，ＴＨＤ＋Ｎ低于０．０７％，ＳＮＲ超過１００ｄＢ，同時還具有短路和過熱保護功能。因而可以廣泛應用在臺式計算機、筆記本電腦、汽車音響、ＬＣＤ監視器、投影儀和家用電視接收機等設備中。
２ 引腳功能和主要參數
２．１ 引腳功能
ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４均采用３２腳ＴＱＦＮ封裝，ＭＡＸ９７１３的封裝尺寸為５ｍｍ×５ｍｍ，ＭＡＸ９７１４的封裝尺寸為７ｍｍ×７ｍｍ，其引腳排列如圖１所示，各引腳的功能如下：
ＰＧＮＤ：電源地；
ＶＤＤ：電源端，電壓范圍為１０～２５Ｖ；
Ｃ１Ｎ：充放電電容負極；
Ｃ１Ｐ：充放電電容正極；
圖1
ＣＨＯＬＤ：充放電容控制電容接入端，設計時可用１μＦ電容連接到ＶＤＤ端；
Ｎ．Ｃ．：空腳；
ＲＥＧ：內部調節器輸出端，應使用０．４７μＦ電容對地旁路；
ＡＧＮＤ：模擬信號地；
ＩＮ＋：同相輸入端；
ＩＮ－：反相輸入端；
ＳＳ：軟啟動端，使用時應在ＳＳ端到地ＧＮＤ端接０．４７μＦ的電容；
ＳＨＤＮ：關機控制端，低電平有效；
Ｇ１，Ｇ２：分別為增益選擇１和２端；
ＦＳ１，ＦＳ２：分別為頻率選擇１和２端；
ＯＵＴ－：音頻信號反相輸出端；
ＯＵＴ＋：音頻信號同相輸出端；
ＩＮＬ－：左通道反相輸入端；
ＩＮＬ＋：左通道同相輸入端；
ＩＮＲ－：右通道反相輸入端；
ＩＮＲ＋：右通道同相輸入端；
ＯＵＴＲ－：右通道音頻信號反相輸出端；
ＯＵＴＲ＋：右通道音頻信號同相輸出端；
ＯＵＴＬ－：左通道音頻信號反相輸出端；
ＯＵＴＬ＋：左通道音頻信號同相輸出端。
２．２ 主要性能參數
ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４的主要性能參數。
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３ 電路原理與外圍電路設計
ＭＡＸ９７１４的內部原理框圖如圖２所示，與ＭＡＸ９７１３相比，ＭＡＸ９７１４僅多了一個放大通道，其余部分完全相同。下面以ＭＡＸ９７１４為例，簡要分析其主要單元電路的工作原理。
３．１ 信號輸入電路
ＭＡＸ９７１３／ ＭＡＸ９７１４內部采用全差動輸入結構，與多媒體數字解碼器輸出兼容，可直接相連。由于ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４采用的是差動輸入結構，因而可有效放大兩個輸入端的差模信號，同時也可抑制輸入信號中的共模噪聲。在有些應用場合，還可設置為單端輸入方式，但此時輸入信
號、公共地到兩個輸入端之間的耦合電容不能省去。
輸入電路中的電容ＣＩＮ既是信號耦合電容，又可與ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４的輸入阻抗構成高通濾波器，其電容值的大小直接影響高通濾波器下限截止頻率的高低，為了使放大器具有較好的低頻特性，ＣＩＮ的電容值不能太小，一般取０．４７μＦ較為合適。電容ＣＩＮ宜選用鉭電容或鋁電解電容，耐壓值較高的陶瓷電容雖然也可以使用，但是容易引起低頻失真，所以一般不宜使用。
３．２ 調制模式
ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４的調制方案有固定頻率模式?ＦＦＭ?和擴散頻譜模式?ＳＳＭ?兩種。在固定頻率模式?ＦＦＭ?下，可由ＦＳ１和ＦＳ２設定開關頻率，其輸出信號頻譜由開關頻率及其諧波成分組成，因此，即使開關頻率在標稱值的±３５％范圍內變化，也不會影響電路對音頻信號的再現。
擴散頻譜模式?ＳＳＭ?是Ｍａｘｉｍ公司獨有的、具有專利技術的調制方案，可使輸出信號頻譜變得較為平坦，并能有效降低揚聲器和連接電纜的ＥＭＩ輻射? 滿足ＦＣＣ輻射標準。在ＳＳＭ模式（通過置ＦＳ１＝ＦＳ２＝Ｈ來完成設置），開關頻率將圍繞中心頻率（３３５ｋＨｚ）在±１．７％ｋＨｚ內變化。雖然調制方式還是一樣，但是三角波的周期在循環變化。輸出信號頻譜則隨開關頻率變化而變化，而對于能量譜，它們通常隨著頻率的變化分布在整個頻帶內，這樣的頻譜看起來就像白噪聲，ＥＭＩ輻射也相應降低。
３．３ 輸出電路
傳統的Ｄ類音頻功率放大器為了從放大后的ＰＷＭ輸出信號中還原音頻信號，往往需要一個輸出濾波器，這樣既增加了成本和放大器的尺寸，又降低了效率。ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４不需要輸出濾波器，而是利用揚聲器內固有的線圈電感和揚聲器來對發聲頻率范圍內人耳所能聽到的聲音成份實現自然濾波，以達到體積更小、成本更低、效率更高的目的。這是因為，ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４的工作頻率遠遠超過大多數揚聲器的發聲頻率范圍。由于揚聲器音頻線圈的振動受低頻信號的影響較大，受高頻信號的影響非常小，因此，只要采用線圈電感大于３０μＨ的揚聲器就能有效還原ＰＷＭ輸出中的音頻信號。典型的８Ω揚聲器的線圈電感一般在３０μＨ到１００μＨ之間，所以無需輸出濾波器，選用線圈電感值大于６０μＨ的揚聲器可達到最佳的輸出效果。
雖然ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４不需要輸出濾波器，但是在使用時必須注意：輸出端與揚聲器之間的連接電纜長度不得超過３６ｃｍ。如果遇到輸出線路的長度超過３６ｃｍ、電路板設計不夠合理而影響輸出效果、電路附近有電磁輻射敏感設備等情況，就必須設計輸出濾波器。
３．４ 開關機噪聲抑制電路
ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４內部具有開關機噪聲抑制電路。在關機過程中，放大器輸出端的Ｈ型橋路通過３００ｋΩ電阻連接到ＧＮＤ端，輸出端沒有能聽到的噪聲信號輸出。在開機過程中，輸入放大器內部偏置電壓被設置為較低的值，輸入放大器不工作，從而可以達到靜音、防止噪聲輸出的目的。開機后，隨著軟啟動電容器兩端電壓的逐漸增加，輸入放大器內部偏置電壓會逐步達到正常值，電路開始進入正常工作狀態。由于電容ＣＳＳ值會影響開機靜噪時間的長短，為了達到最佳的靜噪性能，電容ＣＳＳ的取值最小應該達到１８０ｎＦ。
４ 應用電路
圖３是采用ＭＡＸ９７１４與ＭＡＸ９７２２Ｂ設計的多功能高效率立體聲音箱放大器。該電路既可以用揚聲器進行大功率立體聲信號輸出，也可以連接耳機以滿足個人欣賞音樂之需，而且兩種輸出方式不同時工作，互不影響。圖中，ＣＯＤＥＣ為音頻信號輸入端，當耳機插孔沒有插入耳機時，場效應管柵極和ＭＡＸ９７２２Ｂ的ＳＨＤＮ端均為低電平，ＭＡＸ９７１４正常工作而ＭＡＸ９７２２Ｂ處于停機狀態。當耳機插入耳機插孔后，場效應管柵極和ＭＡＸ９７２２Ｂ的ＳＨＤＮ端均為高電平，場效應管處于導通狀態，ＳＳ端為低電平，ＭＡＸ９７１４處于非啟動狀態而無功率輸出，而此時ＭＡＸ９７２２Ｂ則處于正常工作狀態，電路將從耳機插孔輸出經放大的音頻信號。
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