探索LM4675：超低EMI單聲道D類音頻功率放大器的卓越性能

在如今的電子設(shè)備中，音頻功能的重要性日益凸顯，無論是手機(jī)、平板電腦還是便攜電子設(shè)備，都對音頻放大器提出了更高的要求。TI公司的LM4675超低EMI、無濾波器、2.65W單聲道D類音頻功率放大器，憑借其出色的性能和豐富的特性，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就一起來深入了解這款令人矚目的音頻放大器。

文件下載：lm4675.pdf

關(guān)鍵特性，鑄就卓越

降低EMI，簡化設(shè)計(jì)

LM4675采用擴(kuò)頻架構(gòu)，有效降低了電磁干擾（EMI）。這種無濾波器的脈寬調(diào)制（PWM）架構(gòu)，不僅消除了輸出濾波器的需求，還減少了外部組件數(shù)量、電路板面積消耗和系統(tǒng)成本，大大簡化了設(shè)計(jì)過程。對于空間和成本敏感的應(yīng)用來說，這無疑是一個(gè)巨大的優(yōu)勢。

高效節(jié)能，快速響應(yīng)

在效率方面，LM4675表現(xiàn)出色。在不同的電源電壓和輸出功率條件下，都能保持較高的效率。例如，在3.6V電源下驅(qū)動(dòng)8Ω揚(yáng)聲器，輸出功率為400mW時(shí)，效率可達(dá)89%；輸出功率為100mW時(shí)，效率也能達(dá)到80%。此外，它還具有極快的開啟時(shí)間，典型值僅為17μs，能夠快速響應(yīng)音頻信號的變化。

靈活增益，輕松配置

LM4675的增益可以通過外部配置，這使得工程師可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求，獨(dú)立控制增益。通過對外部電阻的設(shè)置，就可以方便地調(diào)整放大器的增益，實(shí)現(xiàn)多樣化的音頻效果。

抑制噪聲，提升音質(zhì)

為了減少音頻信號中的“咔嗒”和“噗噗”聲，LM4675配備了專門的抑制電路。同時(shí)，它還具有微功耗關(guān)斷模式，可將電源電流降低至極低水平，典型值僅為0.01μA。在不使用時(shí)，能夠有效降低功耗，延長設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間。

應(yīng)用廣泛，滿足多樣需求

LM4675的應(yīng)用范圍非常廣泛，尤其適用于手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理（PDA）和便攜式電子設(shè)備等。這些設(shè)備通常對尺寸、功耗和音頻質(zhì)量有較高的要求，而LM4675正好能夠滿足這些需求。它可以為這些設(shè)備提供清晰、響亮的音頻輸出，提升用戶的聽覺體驗(yàn)。

性能參數(shù)，詳細(xì)解讀

電源電壓與效率

LM4675的單電源電壓范圍為2.4V至5.5V，具有較寬的電源適應(yīng)性。在不同的電源電壓和負(fù)載條件下，其效率表現(xiàn)如下：

• 在3.6V、400mW輸出功率、8Ω揚(yáng)聲器負(fù)載時(shí)，效率典型值為89%。
• 在3.6V、100mW輸出功率、8Ω揚(yáng)聲器負(fù)載時(shí)，效率典型值為80%。
• 在5V、1W輸出功率、8Ω揚(yáng)聲器負(fù)載時(shí)，效率典型值同樣為89%。

靜態(tài)電流與關(guān)斷電流

該放大器的靜態(tài)電流較低，在3.6V電源供電時(shí)，典型值為2.2mA。而在關(guān)斷模式下，電源電流更是低至0.01μA，能夠有效降低待機(jī)功耗。

其他性能指標(biāo)

• 電源抑制比（PSRR）在f = 217Hz時(shí)可達(dá)82dB，能夠有效抑制電源紋波對音頻信號的影響。
• 總諧波失真加噪聲（THD+N）在不同電源電壓和輸出功率條件下都保持在較低水平，保證了音頻的高保真度。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)，不容忽視

放大器工作原理

LM4675采用無濾波器調(diào)制方案，其差分輸出以300kHz的頻率在VDD和GND之間切換。當(dāng)沒有輸入信號時(shí)，兩個(gè)輸出以50%的占空比同相切換，相互抵消，從而在空閑狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)零負(fù)載電流，節(jié)省了功率。當(dāng)有輸入信號時(shí)，輸出的占空比會(huì)根據(jù)信號的大小而變化，從而實(shí)現(xiàn)音頻信號的放大。

PCB布局

在進(jìn)行PCB布局時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 為了減少輸出功率損失和提高效率，連接輸出引腳到負(fù)載以及電源引腳到電源的PCB走線應(yīng)盡可能寬，以降低走線電阻。
• 電源層和接地層的使用可以提供最佳的THD+N性能，同時(shí)還能幫助過濾電源線上的紋波。
• 由于揚(yáng)聲器負(fù)載的電感特性可能會(huì)導(dǎo)致過沖和干擾，因此應(yīng)盡量縮短電源和輸出走線，并采取適當(dāng)?shù)钠帘未胧?/li>
• 當(dāng)LM4675與揚(yáng)聲器之間的距離增加時(shí)，EMI輻射也會(huì)相應(yīng)增加。此時(shí)，可以在靠近LM4675的位置放置鐵氧體芯片電感來降低EMI輻射。

電源旁路電容

正確的電源旁路對于低噪聲性能和高電源抑制比至關(guān)重要。建議在LM4675的電源引腳附近放置一個(gè)4.7μF的鉭電容，以提供良好的電源濾波效果。

關(guān)斷功能

為了降低功耗，LM4675具有關(guān)斷電路。在關(guān)斷狀態(tài)下，應(yīng)將關(guān)斷引腳驅(qū)動(dòng)到地或浮空，以最小化電源電流。同時(shí)，需要注意避免關(guān)斷引腳懸空，以免引起不必要的狀態(tài)變化。

外部組件選擇

• 增益設(shè)置：LM4675的增益由外部電阻Ri決定，建議使用1%公差或更好的電阻來設(shè)置增益，以獲得最佳的THD+N性能。
• 輸入電容：在某些應(yīng)用或采用單端源時(shí)，可能需要使用輸入電容來阻擋直流電壓。輸入電容與輸入電阻Ri共同構(gòu)成一個(gè)高通濾波器，其-3dB截止頻率可以通過公式計(jì)算得出。為了實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，建議使用公差為10%或更好的電容。

電路配置，靈活多樣

差分電路配置

LM4675可以采用多種電路配置，其中最簡單且性能最佳的是直流耦合差分輸入配置。通過設(shè)置外部電阻Ri的值，可以方便地調(diào)整放大器的增益。此外，還可以在差分配置中使用輸入電容，以實(shí)現(xiàn)不同的頻率響應(yīng)。

單端電路配置

當(dāng)使用單端源時(shí)，需要使用輸入電容來阻擋輸入端子的直流電壓。在多個(gè)單端源的應(yīng)用中，需要確保每個(gè)輸入端子的阻抗相等。通過計(jì)算所有單端源的等效電容和電阻，可以確定正確的外部組件值。

參考設(shè)計(jì)，方便實(shí)用

TI提供的參考設(shè)計(jì)板為工程師提供了便利。在評估電路板上，除了基本的應(yīng)用電路外，還配備了一個(gè)測量濾波器，使得常規(guī)的音頻測量可以方便地進(jìn)行，無需額外的設(shè)備。但需要注意的是，測量濾波器會(huì)對音頻信號產(chǎn)生一定的衰減，在進(jìn)行性能測量時(shí)需要考慮這一因素。

總的來說，LM4675是一款性能卓越、功能豐富的音頻功率放大器。它的出現(xiàn)為電子設(shè)備的音頻設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們可以根據(jù)具體的需求，合理選擇電路配置和外部組件，以充分發(fā)揮LM4675的優(yōu)勢。你在使用類似音頻放大器時(shí)遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和看法。