摘要：MAX9700/MAX9712是MAXIM公司生產(chǎn)的低ＥＭＩ、免濾波、高效率Ｄ類音頻放大器，其中MAX9700的負(fù)載功率為１．２Ｗ，MAX9712為500mW，適合MP3、PDA等便攜式音頻應(yīng)用，文中對(duì)它們的結(jié)構(gòu)、功能、主要特點(diǎn)及應(yīng)用作了詳細(xì)介紹。

    關(guān)鍵詞：Ｄ類音頻放大器；MAX9700；MAX9712

１　概述

ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２是ＭＡＸＩＭ公司推出的兩款單聲道Ｄ類音頻功率放大器，ＭＡＸ９７１２能夠以高于８５％的效率為８Ω負(fù)載提供０．５Ｗ的功率，ＭＡＸ９７００的轉(zhuǎn)換效率更是達(dá)到９０％以上?可為８Ω負(fù)載提供１．２Ｗ的功率。ＭＡＸＩＭ專有的低ＥＭＩ調(diào)制方案省去了傳統(tǒng)的Ｄ類輸出濾波器?同時(shí)拋棄了笨重的散熱器，從而節(jié)省了電路板空間，延長(zhǎng)了電池壽命，這些特點(diǎn)使它們成為便攜式音頻應(yīng)用的合適之選。

ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２采用全差分結(jié)構(gòu)、全橋輸出，該新一代Ｄ類放大器可提供通常只有ＡＢ類放大器才具有的高性能，同時(shí)還具有完備的咔嗒聲與噼啪聲抑制電路，并具有高達(dá)７２ｄＢ的電源抑制比（ＰＳＲＲ）、０．０１％總諧波失真及噪聲（ＴＨＤ＋Ｎ）以及高于９０ｄＢ的ＳＮＲ。其短路與熱過(guò)載保護(hù)功使該器件在故障條件下能夠免于損壞。ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２可在２．５～５．５Ｖ的寬電壓范圍內(nèi)工作，方便與各種電壓標(biāo)準(zhǔn)的微處理器連接，此外，它們的靜態(tài)電流只有４ｍＡ?低功耗關(guān)斷模式下僅為０．１μＡ。ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２采用散熱效率高、節(jié)省空間的封裝，兩種器件均有１０引腳ＴＤＦＮ ?３ｍｍ×３ｍｍ×０．８ｍｍ?、１０引腳μＭＡＸ和１２焊球ＵＣＳＰＴＭ?１．５ｍｍ×２ｍｍ×０．６ｍｍ?三種封裝形式。ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２的ＴＤＦＮ／μＭＡＸ封裝引腳圖如圖１所示，表１列出了它們的引腳功能。

表1 MAX9700/MAX9712引腳功能

２　功能及原理

２．１ 工作原理

圖２為ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２的功能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，差分音頻信號(hào)由比較器輸入，經(jīng)Ｄ類調(diào)制后通過(guò)Ｈ橋放大輸出。其工作原理如下：比較器監(jiān)視ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２的輸入，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)，這兩個(gè)比較器在第二個(gè)比較器輸出跳變的上升沿后經(jīng)過(guò)一段固定時(shí)間后復(fù)位，在第二個(gè)比較器的輸出端產(chǎn)生了一個(gè)脈寬最小的脈沖。當(dāng)輸入電壓增大或減小時(shí)，如果一個(gè)輸出脈沖持續(xù)時(shí)間增加，而另一個(gè)輸出脈沖持續(xù)時(shí)間保持不變。這樣就使得揚(yáng)聲器兩端的凈電壓發(fā)生變化。

２．２ 調(diào)制方式選擇

ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２提供兩種調(diào)制方式：固定頻率?ＦＦＭ?模式和擴(kuò)展頻譜?ＳＳＭ?模式，ＳＳＭ模式通過(guò)調(diào)制頻率可以降低ＥＭＩ輻射。另外，它們的振蕩器可以通過(guò)ＳＹＮＣ輸入與外部時(shí)鐘同步，允許用戶自定義開(kāi)關(guān)頻率。ＳＹＮＣ輸入還允許多個(gè)器件串聯(lián)并鎖定頻率，以減小時(shí)鐘互調(diào)引起的干擾。ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２的調(diào)制方式通過(guò)ＳＹＮＣ引腳來(lái)選擇。

    （１）固定頻率調(diào)制（ＦＦＭ）模式

ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２具有兩種ＦＦＭ方式：ＳＹＮＣ＝ＧＮＤ時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率為１．１ＭＨｚ；ＳＹＮＣ＝ＦＬＯＡＴ時(shí)開(kāi)關(guān)頻率為１．４５ＭＨｚ。在ＦＦＭ模式下，Ｄ類輸出頻譜由開(kāi)關(guān)頻率基波及其相關(guān)諧波組成。ＭＡＸ９７１２允許開(kāi)關(guān)頻率有＋３２％的變化。

（２）擴(kuò)頻調(diào)制（ＳＳＭ）模式

ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２具有受專利保護(hù)的擴(kuò)頻模式，這種模式將展寬頻譜成分，使得通過(guò)揚(yáng)聲器或電纜的ＥＭＩ輻射降低３ｄＢ。ＳＹＮＣ＝ＶＤＤ時(shí)器件設(shè)置為ＳＳＭ模式。在ＳＳＭ模式下開(kāi)關(guān)頻率在中心頻率１．２２ＭＨｚ附近隨機(jī)變化±１２０ｋＨｚ，此時(shí)能量分散到隨頻率增長(zhǎng)的整個(gè)頻寬上。

２．３ 外部時(shí)鐘模式

ＳＹＮＣ輸入允許ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２與系統(tǒng)時(shí)鐘同步或?qū)㈤_(kāi)關(guān)諧波的頻譜成分分配到不敏感的頻段?在ＳＹＮＣ引腳上施加８００ｋＨｚ～２ＭＨｚ的外部ＴＴＬ時(shí)鐘，可以同步ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２的開(kāi)關(guān)頻率，其周期可以是隨機(jī)的。這種模式可使器件方便的配置為單端輸入放大器。

２．４ 無(wú)濾波調(diào)制／共模空閑方式

ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２獨(dú)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，從而提高了效率并降低了成本。在無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，傳統(tǒng)Ｄ類放大器輸出占空比為５０％的方波，如沒(méi)有濾波器，會(huì)產(chǎn)生直流電壓，形成負(fù)載電流而使功耗增大。由于ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２采用差分方式驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，兩路輸出相互抵消，于是空閑模式下?lián)P聲器兩端的凈電壓為０，從而降低了功耗。

    ２．５ 關(guān)斷

將ＳＨＤＮ引腳置為低電平時(shí)，ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２進(jìn)入低功耗（０．１μＡ）關(guān)斷模式，從而延長(zhǎng)電池壽命。在標(biāo)準(zhǔn)模式下，該引腳應(yīng)連至ＶＤＤ。

２．６ 咔嗒聲與噼噗聲抑制

ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２具有完備的咔嗒聲與噼噗聲抑制功能，可以在啟動(dòng)與關(guān)斷時(shí)消除瞬態(tài)噪聲。關(guān)斷時(shí)，Ｈ橋?yàn)楦咦钁B(tài)，啟動(dòng)或上電時(shí)，輸入放大器為靜音狀態(tài)，啟動(dòng)３５ｍｓ后軟啟動(dòng)電路解除輸入放大器的靜音狀態(tài)。

３?。停粒兀梗罚埃埃停粒兀梗罚保驳膽?yīng)用

傳統(tǒng)的Ｄ類放大器需要輸出濾波器從放大器輸出恢復(fù)音頻信號(hào)，而ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２無(wú)需輸出濾波器，該器件利用揚(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從方波輸出中恢復(fù)音頻成分，省去了輸出濾波器，從而提供一個(gè)更小、更便宜、更高效的方案。不過(guò)，由于ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２的輸出頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了大多數(shù)揚(yáng)聲器的帶寬，由方波頻率引起的音頻線圈的偏移非常小，為獲得最佳效果，可以選用一個(gè)大于１０μＨ的電感與揚(yáng)聲器串聯(lián)。

ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２采用差分輸入結(jié)構(gòu)，兼容于許多編解碼器，并提供比單端輸入放大器更強(qiáng)的噪聲抑制能力。差分輸入可抵消掉作用在輸入端的任何共模信號(hào)，在蜂窩電話裝置中，這一特性用于去除射頻發(fā)送器中高頻共模信號(hào)的影響。ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２也通過(guò)將任一輸入端耦合至ＧＮＤ，驅(qū)動(dòng)另一輸入端可配置為單端輸入放大器。耦合方式既可以采用電容耦合，也可以采用直接直流耦合，只是直流耦合方式省去了耦合電容，也同時(shí)失去了電容的低頻抑制作用。ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２還可級(jí)聯(lián)構(gòu)成立體聲放大器，其電路結(jié)構(gòu)如圖３所示。

其中Ｕ１是主放大器，將其未經(jīng)濾波的輸出用來(lái)驅(qū)動(dòng)從器件Ｕ２的ＳＹＮＣ輸入，這樣可使兩個(gè)器件的開(kāi)關(guān)頻率同步。同步的兩片ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２可以確保在音頻頻譜范圍內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)差拍頻率，無(wú)論主器件工作在ＦＦＭ還是ＳＳＭ模式下，這種配置均能工作，因?yàn)檫@種ＳＹＮＣ連接方式可以獲得出色的ＴＨＤ＋Ｎ性能，并且器件之間的串?dāng)_也很小。Ｕ２只跟蹤ＳＹＮＣ的信號(hào)頻率，而不是脈寬，Ｕ２內(nèi)部的反饋回路確保抑制Ｕ１輸出的音頻成分。

    ＭＡＸ９７００／ＭＡＸ９７１２的具體應(yīng)用電路如圖４所示，圖中：ＭＡＸ９７００或ＭＡＸ９７１２對(duì)１６位凌陽(yáng)單片機(jī)ＳＰＣＥ０６１Ａ的語(yǔ)音輸出信號(hào)進(jìn)行放大，ＳＰＣＥ０６１Ａ是一款語(yǔ)音特色顯著的芯片，其語(yǔ)音壓縮算法庫(kù)可以方便地通過(guò)ＡＰＩ函數(shù)調(diào)用。本設(shè)計(jì)采用ＭＡＸ９７００進(jìn)行ＳＰＣＥ０６１語(yǔ)音信號(hào)的放大，可以收到良好效果。ＳＰＣＥ０６１Ａ有兩路語(yǔ)音以形成立體聲，圖中只顯示了其中一路（ＤＡＣ１），ＳＹＮＣ通過(guò)單片機(jī)ＩＯＢ１口設(shè)置為ＳＳＭ模式，開(kāi)關(guān)通過(guò)ＩＯＢ２控制，音量可通過(guò)電位器ＣＷ調(diào)節(jié)。另外，語(yǔ)音輸入的ＲＣ通路可以改善上電或停止時(shí)的語(yǔ)音質(zhì)量。設(shè)計(jì)時(shí)，ＶＤＤ和Ｈ橋電源均通過(guò)０．１μＦ電容旁路到ＧＮＤ和ＰＧＮＤ，ＧＮＤ和ＰＧＮＤ采用星形布線與系統(tǒng)地連接，以將地線共阻抗干擾降至最低。