低功耗音頻新選擇：MAX9716/MAX9717音頻功率放大器解析

在如今的電子設備中，音頻功能是不可或缺的一部分。從智能手機到便攜式音樂播放器，我們對高品質音頻的需求越來越高。而音頻功率放大器作為音頻系統(tǒng)中的關鍵組件，其性能直接影響著音頻的質量和播放效果。今天，我們就來深入了解一下Maxim公司推出的兩款低功耗、單聲道、1.4W BTL音頻功率放大器——MAX9716和MAX9717。

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產品概述

MAX9716和MAX9717是專為帶有內置揚聲器的便攜式音頻設備而設計的音頻功率放大器。它們采用了橋接負載（BTL）架構，這種架構不僅能夠減少外部組件的數(shù)量，還能提供高質量的音頻再現(xiàn)。這兩款放大器在單+5V電源供電的情況下，能夠向4Ω負載提供1.4W的連續(xù)功率，總諧波失真（THD）小于1%；在8Ω負載下，能提供1W的連續(xù)功率。此外，在單+3.0V電源供電時，它們還能向8Ω負載提供350mW的連續(xù)功率。

關鍵特性

• 寬電源電壓范圍：支持2.7V至5.5V的單電源供電，這使得它們能夠適應各種不同的電源環(huán)境，為設計帶來了更大的靈活性。
• 低功耗關機模式：在關機模式下，靜態(tài)電流消耗可降低至10nA，大大延長了電池的使用壽命，這對于便攜式設備來說尤為重要。
• 高電源抑制比（PSRR）：在1kHz時，PSRR可達73dB，能夠有效抑制電源噪音，提高音頻的純凈度。
• 無咔嗒聲和爆音：采用了Maxim公司領先的咔嗒聲和爆音抑制技術，在開機和關機過程中不會產生可聽的咔嗒聲和爆音，為用戶提供了更加舒適的聽覺體驗。
• 多種增益選項：有可調增益放大器（MAX9716/MAX9717A）和內部固定增益（6dB、9dB和12dB）的放大器（MAX9717B/MAX9717C/MAX9717D）可供選擇，能夠滿足不同應用場景的需求。
• 耳機檢測功能（MAX9717）：MAX9717具有耳機檢測輸入（BTL/SE），當檢測到耳機連接時，會自動禁用BTL從驅動器，將揚聲器靜音，并以單端負載的方式驅動耳機。
• 引腳兼容性：MAX9716與LM4890引腳兼容，MAX9717A與TPA711引腳兼容，方便進行升級和替換。
• 緊湊封裝：提供緊湊型、熱增強型μMAX和TDFN（3mm x 3mm）封裝，節(jié)省了電路板空間，適合小型化設計。

電氣特性

絕對最大額定值

在使用這兩款放大器時，需要注意其絕對最大額定值，以確保設備的安全和可靠性。例如，電源電壓（VCC至GND）的范圍為 -0.3V至 +6V，其他引腳至GND的電壓范圍為 -0.3V至 (VCC + 0.3V) 等。不同封裝的連續(xù)功率耗散也有所不同，如8引腳TDFN封裝在 +70°C以上的降額系數(shù)為24.4mW/°C，最大連續(xù)功率耗散為1951mW。

電氣特性參數(shù)

在5V和3V電源供電的情況下，文檔詳細列出了這兩款放大器的各項電氣特性參數(shù)，包括靜態(tài)電源電流、關機電源電流、SHDN閾值、BTL/SE閾值、共模偏置電壓、輸出失調電壓、電源抑制比、輸出功率、總諧波失真加噪聲（THD+N）、輸出噪聲密度和信噪比等。這些參數(shù)為工程師在設計音頻系統(tǒng)時提供了重要的參考依據。

例如，在5V電源供電、8Ω負載、THD+N = 1%、fIN = 1kHz的條件下，輸出功率可達1.1W；在3V電源供電、8Ω負載、THD+N = 1%、fIN = 1kHz的條件下，輸出功率可達350mW。這些數(shù)據表明，這兩款放大器在不同的電源電壓和負載條件下都能提供穩(wěn)定的輸出功率。

典型工作特性

文檔中還給出了這兩款放大器的典型工作特性曲線，包括總諧波失真加噪聲（THD+N）與頻率、輸出功率的關系，輸出功率與電源電壓、負載電阻的關系，功率耗散與輸出功率、負載電阻的關系，電源抑制比與頻率的關系，電源電流與VCC的關系，增益和相位與頻率的關系，以及關機電流與溫度、VCC的關系等。通過這些曲線，我們可以直觀地了解放大器在不同工作條件下的性能表現(xiàn)。

例如，從THD+N與頻率的關系曲線中可以看出，在不同的電源電壓、負載電阻和增益條件下，THD+N隨著頻率的變化趨勢。這有助于工程師在設計音頻系統(tǒng)時，根據實際需求選擇合適的工作頻率和增益，以獲得最佳的音頻性能。

引腳和功能說明

引腳配置

MAX9716和MAX9717提供了TDFN/μMAX和UCSP兩種封裝形式，文檔詳細列出了不同封裝下的引腳/凸點描述和功能。例如，SHDN引腳為低電平有效關機引腳，BIAS引腳用于連接直流偏置旁路電容，IN+和IN-分別為同相和反相輸入引腳，OUT+和OUT-為橋接放大器的正、負輸出引腳等。

功能說明

• BTL/SE控制輸入（MAX9717）：通過BTL/SE引腳可以控制放大器的工作模式。當該引腳為低電平時，啟用從放大器（OUT-）；當該引腳為高電平時，禁用從放大器。
• 關機模式：將SHDN引腳拉低，放大器進入低功耗關機模式，此時靜態(tài)電流消耗可降低至10nA；將SHDN引腳拉高，放大器正常工作。
• 咔嗒聲和爆音抑制：在啟動過程中，放大器的共模偏置電壓會逐漸上升到直流偏置；在進入關機模式時，放大器的輸出會通過內部20kΩ電阻拉至地，這種設計可以最大限度地減少音頻頻段內的能量，從而抑制咔嗒聲和爆音。

應用設計要點

BTL放大器優(yōu)勢

MAX9716和MAX9717采用BTL配置，與單端配置相比，具有明顯的優(yōu)勢。在BTL配置中，負載兩端都有信號驅動，輸出電壓是單端放大器的兩倍，因此輸出功率是單端放大器的四倍。此外，由于差分輸出的偏置電壓都在電源電壓的中間值，負載上沒有凈直流電壓，這就消除了單端放大器所需的直流阻隔電容，從而節(jié)省了電路板空間，降低了成本，同時也提高了低頻性能。

功率耗散和散熱

在正常工作條件下，這兩款放大器會消耗一定的功率。因此，需要注意功率耗散和散熱問題。不同封裝的最大功率耗散可以在絕對最大額定值部分找到，也可以通過公式計算得出。如果應用中的功率耗散超過了封裝的最大允許值，可以通過增加接地平面的散熱能力、增大連接到設備的走線尺寸等方法來降低功率耗散。此外，MAX9716和MAX9717還具有熱過載保護功能，當結溫超過+160°C時，會自動禁用放大器輸出級，當結溫下降15°C后，放大器會重新啟用。

增益設置

MAX9716和MAX9717A的增益可以通過外部反饋電阻來設置，公式為 (A{V}=2left(frac{R{F}}{R_{I N}}right))。其中，RF可以是固定電阻或可變電阻，這樣就可以使用數(shù)字控制電位器在軟件控制下改變增益。而MAX9717B、MAX9717C和MAX9717D的增益是內部固定的，分別為6dB、9dB和12dB，這種設計簡化了電路設計，減少了引腳數(shù)量和電路板面積。

輸入和輸出濾波

輸入濾波器由CIN和RIN組成，它可以去除輸入信號中的直流偏置，使放大器能夠將信號偏置到最佳直流電平。輸出耦合電容（MAX9717在單端輸出配置時需要）可以阻擋放大器輸出的直流分量，防止直流電流流入負載。在選擇輸入和輸出電容時，需要根據實際需求選擇合適的電容值，以確保濾波器的-3dB點在合適的范圍內，從而保證放大器的低頻性能。

差分輸入優(yōu)勢

MAX9716可以配置為差分輸入，這種輸入方式的優(yōu)點是可以衰減任何共模噪聲，提高噪聲抑制能力和共模抑制比（CMRR）。為了獲得高CMRR，外部組件需要緊密匹配。

電源旁路和布局接地

為了確保低噪聲、低失真的性能，需要進行適當?shù)碾娫磁月贰＝ㄗh在VCC和GND之間連接一個1μF的陶瓷電容，并根據應用需求添加額外的大容量電容。同時，旁路電容應盡可能靠近設備。此外，合理的PC板布局和接地對于優(yōu)化性能也非常重要。應使用大尺寸的走線來連接電源輸入和放大器輸出，以減少寄生電阻帶來的損耗，并幫助散熱。正確的接地可以提高音頻性能，防止數(shù)字開關噪聲耦合到音頻信號中。

總結

MAX9716和MAX9717是兩款性能出色的音頻功率放大器，它們具有低功耗、高音質、多種增益選項、引腳兼容性好等優(yōu)點，非常適合用于各種便攜式音頻設備。在設計音頻系統(tǒng)時，我們需要根據實際需求，合理選擇放大器的工作模式、增益設置、輸入輸出濾波等參數(shù)，并注意功率耗散和散熱、電源旁路和布局接地等問題，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。希望通過本文的介紹，能幫助大家更好地了解這兩款放大器，并在實際設計中發(fā)揮它們的優(yōu)勢。

你在使用這兩款放大器的過程中遇到過哪些問題？或者你對音頻功率放大器的設計有什么獨特的見解？歡迎在評論區(qū)留言分享！