MAX9744 20W 立体声 D 类扬声器放大器：设计与应用详解

在音频放大器领域，D 类放大器凭借其高效率的特点逐渐成为主流选择。今天，我们要深入探讨的是 MAXIM 公司的 MAX9744 20W 立体声 D 类扬声器放大器，它融合了 AB 类放大器的性能和 D 类放大器的效率，为音频设计带来了新的可能性。

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一、产品概述

MAX9744 是一款功能强大的 20W 立体声 D 类音频功率放大器，具有单电源供电、可调增益、关机模式、SYNC 输出、扬声器静音以及出色的咔嗒声和噗噗声抑制功能。它采用 44 引脚薄型 QFN - EP（7mm x 7mm x 0.8mm）封装，工作温度范围为 - 40°C 至 + 85°C，适用于各种音频应用场景。

二、产品特性亮点

（一）电源与效率

• 宽电源电压范围：支持 4.5V 至 14V 的单电源供电，能适应不同的电源环境。
• 高效率表现：在典型工作条件下，效率超过 80%，远高于传统 AB 类放大器，有效降低了功耗和散热需求。

（二）音频性能

• 低失真与高信噪比：总谐波失真加噪声（THD + N）低至 0.04%，信噪比（SNR）超过 90dB，确保了高质量的音频输出。
• 高电源抑制比：PSRR 高达 75dB，能有效抑制电源噪声对音频信号的干扰。

（三）功能特性

• 64 级音量控制：支持模拟或数字（I²C）两种模式的音量控制，提供了灵活的音量调节方式。
• 多种调制模式：具备固定频率调制和扩频调制两种模式，可根据不同应用需求选择，有效降低 EMI 辐射。
• 完善的保护功能：拥有短路和热过载保护，确保在故障情况下设备的安全运行。

三、工作模式解析

（一）固定频率调制模式

MAX9744 有 300kHz 和 360kHz 两种固定频率模式可供选择。通过将 SYNC 引脚连接到 GND 可选择 300kHz 开关频率，不连接 SYNC 引脚则选择 360kHz 开关频率。这种模式适用于对频谱位置有严格要求的应用场景。

（二）扩频调制模式

当 SYNC = VDD 时，设备进入扩频调制模式。该模式下，开关频率会在中心频率（300kHz）附近随机变化 ±7.5kHz，有效降低了 EMI 辐射，使宽带频谱在高频段呈现类似白噪声的特性，同时不会影响音频带宽内的噪声底。

（三）外部时钟模式

SYNC 输入允许 MAX9744 与外部时钟或其他 Maxim D 类放大器同步，构建完全同步的系统。外部时钟信号范围为 1MHz 至 1.6MHz，D 类放大器的工作频率为 SYNC 频率的 1/4。这种模式有助于减少时钟互调干扰，优化频谱分布。

四、输出调制方案

（一）无滤波器调制

无滤波器调制方案是 MAX9744 的一大特色。当音频输入处于过零点时，采用最小脉冲输出。随着输入电压的变化，一个输出的脉冲持续时间增加，而另一个输出的脉冲持续时间保持不变，从而改变扬声器两端的净电压。这种拓扑结构减少了 EMI 并提高了效率，同时无需传统 D 类放大器所需的 LC 滤波器，降低了成本和电路板空间。

（二）经典 PWM 调制

经典 PWM 调制适用于对音频性能有更高要求的应用，特别是在使用较长扬声器引线或需要满足更严格 EMC 限制的情况下。通过 I²C 接口或 SCLK/PWM 引脚可选择该调制模式。

五、功能特性详解

（一）音量控制

MAX9744 支持模拟和 I²C 两种音量控制模式。在模拟模式下，通过 SDA/VOL 引脚的电压设置音量；在 I²C 模式下，有三个可选的从地址，允许在单总线上连接多个设备。

（二）静音功能

该功能可实现无咔嗒声和噗噗声的静音操作。当设备静音时，输出级仍保持开关状态，仅降低了扬声器的音量，且在系统上电和断电时，保持 MUTE 引脚为高电平可消除前端电路产生的噗噗声。

（三）关机模式

将 SHDN 引脚拉低可使设备进入低功耗关机模式，此时输出为高阻抗，SYNCOUT 引脚拉高，偏置电压和共模输入电压衰减为零。

（四）电流限制与热关断

当输出电流超过 5.5A（典型值）时，设备会禁用输出并启动 220µs 的启动序列，直到故障排除。当芯片温度超过 165°C（典型值）时，输出将被禁用，直到温度下降到 150°C 以下才恢复正常工作。

六、应用电路设计要点

（一）电源设计

MAX9744 采用独立电源供电，扬声器放大器由 PVDD 供电（4.5V - 14V），其余部分由 VDD 供电（2.7V - 3.6V）。电源之间相互独立，无需特定的供电顺序，可通过线性稳压器从单一高电源获取不同电压。

（二）输入电容选择

输入电容（CIN）与输入阻抗构成高通滤波器，去除输入信号的直流偏置。应选择具有低电压系数电介质的电容，如钽电容或铝电解电容，以避免低频失真。

（三）增益设置

通过外部反馈电阻（RF 和 RIN）设置放大器的增益，输出级内部有 20dB 的增益，最大增益计算公式为 (A{V}=-30left(frac{R{F}}{R_{I N}}right) V / V)。RF 取值范围为 10kΩ 至 50kΩ，实际增益还受音量设置的影响。

（四）输出滤波

• 无滤波器操作：当扬声器引线长度小于 10cm 时，可无需滤波器；对于长度达 1m 的引线，可使用简单的铁氧体磁珠和电容滤波器满足 EMC 限制。
• LC 输出滤波器：对于较长的扬声器引线或需要更高 EMC 余量的应用，可使用基于电感/电容的（LC）输出滤波器，根据扬声器负载阻抗选择合适的元件值。

七、总结

MAX9744 20W 立体声 D 类扬声器放大器以其丰富的功能、出色的音频性能和高效率的特点，为音频设计工程师提供了一个优秀的选择。在实际应用中，合理选择工作模式、调制方案和外部元件，能够充分发挥该放大器的优势，实现高质量的音频输出。大家在设计过程中，是否遇到过类似放大器在某些特定场景下的性能挑战呢？欢迎在评论区分享交流。