MAX9788：用于陶瓷揚(yáng)聲器驅(qū)動的Class G放大器

在電子設(shè)備的音頻系統(tǒng)中，揚(yáng)聲器驅(qū)動電路起著至關(guān)重要的作用。今天我們來詳細(xì)探討一款優(yōu)秀的陶瓷揚(yáng)聲器驅(qū)動芯片——MAX9788。

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一、產(chǎn)品概況

MAX9788是Maxim公司推出的一款單聲道Class G功率放大器，它集成了反相電荷泵電源，專門用于驅(qū)動陶瓷揚(yáng)聲器的高電容負(fù)載。其電荷泵能夠在5.5VDC時提供超過700mA的峰值輸出電流，保證了14VP - P的輸出。這使得它在為陶瓷揚(yáng)聲器提供高輸出電壓擺幅方面具有顯著優(yōu)勢。

該芯片具有高性能效率，能夠最大程度地延長電池壽命。其專有的Class G輸出級在提供比Class AB設(shè)備更高效率的同時，還避免了Class D放大器常見的EMI問題。此外，MAX9788還采用了全差分輸入和輸出、全面的咔嗒聲和爆裂聲抑制、關(guān)機(jī)控制以及軟啟動電路等設(shè)計(jì)。芯片工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C ，有小巧的無鉛28引腳TQFN（4mm x 4mm）或20焊球WLP（2mm x 2.5mm）封裝可供選擇。

二、關(guān)鍵特性

集成電荷泵電源

無需電感，簡化了電路設(shè)計(jì)。電荷泵能在2.7V至5.5V的單電源下工作，滿足了大多數(shù)便攜式設(shè)備的電源要求。

高電壓擺幅

可向壓電揚(yáng)聲器提供14VP - P的電壓擺幅，能驅(qū)動陶瓷揚(yáng)聲器輸出足夠的音量。

無咔嗒聲和爆裂聲操作

采用了先進(jìn)的抑制技術(shù)，在啟動和關(guān)機(jī)過程中能有效消除可聽的瞬態(tài)噪聲，提供更純凈的音頻輸出。

高效散熱封裝

4mm x 4mm 28引腳TQFN和2mm x 2.5mm 20焊球WLP封裝不僅尺寸小巧，還具有良好的散熱性能，有助于提高芯片的穩(wěn)定性。

三、電氣特性

電源相關(guān)特性

• 電源電壓范圍：2.7V至5.5V，具有較寬的電源適應(yīng)性。
• 靜態(tài)電流：典型值為8mA，在關(guān)機(jī)模式下，電流可低至0.3μA，有效降低了功耗。
• 啟動時間：從關(guān)機(jī)或上電到完全工作的時間為50ms，響應(yīng)速度較快。

  音頻性能特性

• 輸出失調(diào)電壓：在不同溫度下有不同的指標(biāo)，如在TA = + 25°C時，典型值為±3mV。
• 咔嗒聲和爆裂聲水平：以dBV為單位衡量，表現(xiàn)優(yōu)秀，例如在特定測試條件下為 - 67dBV。
• 電壓增益：典型值為12dB，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。
• 輸出功率：在不同電源電壓和負(fù)載條件下有不同的輸出功率，如在VCC = 5V、1% THD + N、f = 1kHz、RL = 8Ω時，輸出功率可達(dá)2.4W。
• 電源抑制比（PSRR）：在不同頻率下表現(xiàn)良好，如在f = 217Hz、200mV P - P紋波時，PSRR可達(dá)77dB。
• 總諧波失真加噪聲（THD + N）：在不同輸出電壓和負(fù)載條件下，THD + N值較低，如在ZL = 1μF + 10Ω、VOUT = 1kHz / 1.9V RMS時，THD + N僅為0.002%。
• 信噪比（SNR）：在VOUT = 5.1V RMS 、A加權(quán)時，SNR可達(dá)108dB，保證了清晰的音頻信號。

四、典型應(yīng)用

驅(qū)動陶瓷揚(yáng)聲器

在現(xiàn)代手機(jī)等對厚度有嚴(yán)格要求的設(shè)備中，陶瓷揚(yáng)聲器因其體積小巧而得到廣泛應(yīng)用。但陶瓷揚(yáng)聲器具有較大的電容特性，需要高的峰 - 峰值電壓驅(qū)動。MAX9788正好滿足了這一需求，其高電荷泵電流限制能夠在20kHz內(nèi)實(shí)現(xiàn)平坦的頻率響應(yīng)，同時保持高輸出電壓擺幅。在實(shí)際應(yīng)用中，建議在放大器輸出和陶瓷揚(yáng)聲器負(fù)載之間使用10Ω的串聯(lián)電阻，以確保在高頻時放大器輸出端有一定的固定電阻，防止揚(yáng)聲器短路放大器輸出。

多種音頻設(shè)備

該芯片適用于各種音頻設(shè)備，如智能手機(jī)、個人媒體播放器、MP3播放器、手持游戲機(jī)、筆記本電腦等。其全差分輸入配置使其與許多編解碼器兼容，并且相比單端輸入放大器具有更好的抗噪聲能力。

五、器件工作原理

Class G工作模式

MAX9788的Class G放大器是一種線性放大器，可在低（VCC到GND）和高（VCC到SVSS）電源范圍內(nèi)工作。對于小信號，器件在較低的電源范圍內(nèi)工作，類似于傳統(tǒng)的單電源Class AB放大器；當(dāng)輸出信號增大，需要更寬的電源時，器件會轉(zhuǎn)換到更高的電源范圍工作。在轉(zhuǎn)換過程中，為了確保無縫過渡，兩個較低的晶體管會同時導(dǎo)通。這種工作模式使得MAX9788在5V電源下能夠?qū)崿F(xiàn)20VP - P的輸出擺幅。

反相電荷泵

芯片集成了一個帶有反相電源軌的電荷泵，能夠在2.7V至5.5V的正電源范圍內(nèi)提供超過700mA的電流。電荷泵產(chǎn)生的負(fù)電源軌（PVSS）為器件提供了更高的電源范圍，使得器件在電池供電時隨著電池電量下降仍能保持較大的動態(tài)范圍。

關(guān)機(jī)模式

通過將SHDN引腳拉低，可將MAX9788置于低功耗（0.3μA）的關(guān)機(jī)模式，連接SHDN到VCC則可實(shí)現(xiàn)正常工作，有效延長了電池壽命。

咔嗒聲和爆裂聲抑制

在啟動過程中，芯片的咔嗒聲和爆裂聲抑制電路能夠消除器件內(nèi)部的任何可聽瞬態(tài)源，提供更純凈的音頻體驗(yàn)。

六、元件選擇建議

輸入耦合電容

AC耦合電容（CIN）和輸入電阻（RIN）構(gòu)成了高通濾波器，用于去除輸入信號中的直流偏置。為了使 - 3dB點(diǎn)與陶瓷揚(yáng)聲器的低頻響應(yīng)相匹配，需要選擇合適的CIN_值。建議使用鋁電解、鉭或薄膜介質(zhì)電容器等低電壓系數(shù)介質(zhì)的電容器，以減少低頻失真。

電荷泵電容

• 飛跨電容（C1）：推薦使用4.7μF的電容。其值會影響電荷泵的負(fù)載調(diào)整率和輸出電阻，過小的值會降低器件提供足夠電流驅(qū)動的能力。
• 保持電容（C2）：建議使用10μF的電容。其值和ESR直接影響PVSS處的紋波，增大C2或降低其ESR可減少紋波和輸出電阻。

  電荷泵頻率設(shè)置電阻（RFS）

  推薦使用100kΩ的電阻。電荷泵有慢模式和正常模式，當(dāng)負(fù)載低于100mA時工作在慢模式，振蕩頻率降至正常頻率的1/4。在對電荷泵振蕩頻率敏感的應(yīng)用中，可通過改變RFS的值來調(diào)整振蕩頻率。

  串聯(lián)負(fù)載電阻

  為了防止陶瓷揚(yáng)聲器在高頻時短路MAX9788的輸出，建議使用大于10Ω的串聯(lián)負(fù)載電阻。它與陶瓷揚(yáng)聲器構(gòu)成低通濾波器，可根據(jù)揚(yáng)聲器的近似電容值設(shè)置濾波器的截止頻率。

綜上所述，MAX9788憑借其出色的性能和豐富的特性，為陶瓷揚(yáng)聲器驅(qū)動提供了一個理想的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，合理選擇元件并根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)整，能夠充分發(fā)揮該芯片的優(yōu)勢，為音頻系統(tǒng)帶來更好的性能表現(xiàn)。大家在使用MAX9788進(jìn)行設(shè)計(jì)時，有沒有遇到過一些獨(dú)特的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。