MAX9724A/MAX9724B立體聲耳機放大器：小身材大能量

在電子設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計和出色的性能，在便攜式設備領域展現(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備而設計。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)部預設的 -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閉時抑制可聽的咔嗒聲和噗噗聲。

主要應用場景

• 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，對于音頻設備來說是多么重要。你在測試音頻設備時有沒有遇到過射頻干擾導致音質(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，這對于便攜式設備的小型化設計至關重要。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. 低功耗關機模式

關機模式下電流小于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備來說是一個關鍵特性。

4. 可調(diào)節(jié)或固定增益選擇

MAX9724A提供可調(diào)增益，方便設計師根據(jù)不同的應用需求進行靈活調(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，滿足了不同設備對尺寸的要求。

三、關鍵參數(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重要。例如，VDD的范圍為 -0.3V至 +6V，不同引腳之間也有相應的電壓限制。在設計電路時，我們必須嚴格遵守這些參數(shù)，否則可能會導致器件永久性損壞。你在實際設計中有沒有因為參數(shù)超出范圍而導致器件損壞的經(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。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的開關頻率遠高于音頻范圍，不會干擾音頻信號。通過控制開關速度，減少了開關瞬態(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)絡和手機網(wǎng)絡等射頻輻射的影響。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. 關機模式

低至小于0.1μA的關機模式電流，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備非常實用。

六、應用設計要點

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)范圍而導致削波失真。當輸出負載阻抗大于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備能正常運行，避免電池過度放電。當電源電壓超過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，減少電荷泵開關瞬態(tài)的影響。應選擇與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置，公式為AV = -RF / RIN。在選擇反饋電阻時，應選擇幾十kΩ范圍內(nèi)的值，同時要考慮輸入設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。當用于驅(qū)動立體聲設備時，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計、出色的性能和豐富的應用特性，為便攜式音頻設備的設計提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際應用中，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計耳機放大器電路時有所幫助。