深入剖析MAX9736：高功率D类音频放大器的卓越之选

在音频放大器的领域中，D类放大器凭借其高效节能的特点逐渐崭露头角。今天，我们将深入探讨Maxim Integrated推出的MAX9736系列单声道/立体声高功率D类放大器，它在性能、效率和设计灵活性方面都有着出色的表现。

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产品概述

MAX9736A/B/D是无滤波器的立体声D类音频功率放大器，兼具AB类的性能和D类的效率，同时占用极少的电路板空间。其中，MAX9736A在立体声模式下输出2x15W，单声道模式下输出30W；MAX9736B/D在立体声模式下输出2x6W，单声道模式下输出12W。这些器件的供电范围为8V至28V，能够适应多种不同的电源环境。

关键特性

1. 输出功率与效率

从输出功率来看，不同型号的MAX9736能满足多样化的需求。在效率方面，MAX9736表现卓越，在12V电源供电时效率高达88%，这意味着它能将更多的电能转化为音频信号，减少了能量损耗，从而降低了发热，在很多情况下甚至无需使用散热片。这种高效率对于便携式设备或对散热要求较高的应用来说尤为重要。

2. 调制方案

MAX9736提供了两种可通过引脚选择的调制方案：无滤波器调制（MOD = high）和经典PWM固定频率调制（MOD = low）。无滤波器调制方案是Maxim的独特设计，它消除了传统D类放大器所需的LC滤波器，减少了元件数量，节省了电路板空间，降低了系统成本。当使用全LC滤波器时，选择经典PWM调制则可实现最佳的音频性能。不过，在切换调制方案时，为了保持对咔嗒声和爆裂声的抑制，设备必须进入关机模式，并在启动序列完成前配置为新的输出方案。

3. 立体声/单声道模式

通过引脚可选择立体声或单声道模式。在立体声模式下，可驱动8Ω负载；在单声道模式下，可驱动4Ω负载。而且在单声道模式下，右声道前置放大器可作为一个独立的运算放大器使用，为系统设计提供了更大的灵活性。但需要注意的是，如果在单声道模式下将输出连接在一起，再将MONO引脚拉低切换到立体声模式，可能会触发短路或热过载保护。

4. 咔嗒声和爆裂声抑制

MAX9736配备了全面的咔嗒声和爆裂声抑制电路，能最大程度减少设备在启动、关机或静音时产生的噪声。在关机状态下，H桥处于高阻抗状态，有效避免了不必要的噪声干扰。

5. 保护功能

• 过流保护：当输出电流达到约4.6A的电流限制时，MAX9736会禁用输出，并启动450μs的启动序列，重复此关机和启动序列直到输出故障消除。正常设计的应用除非输出短路或连接错误，否则不会进入限流模式。
• 热关断保护：当芯片温度达到约+160°C的热关断阈值时，输出将被禁用；当芯片温度下降30°C后，恢复正常工作。热关断的原因可能包括负载阻抗过低、芯片暴露焊盘与PCB的热接触不良、环境温度过高或PCB布局和组装不佳等。

电气特性分析

1. 电源相关特性

• 电源电压范围：扬声器电源电压范围为8V至28V，前置放大器电源电压范围在特定条件下有相应要求。
• 电源抑制比（PSRR）：在1kHz、100mV P - P纹波的条件下，PSRR高达67dB，这意味着它能有效抑制电源中的纹波和噪声，减少对音频信号的干扰，从而降低了对稳压电源的需求，有助于降低系统成本。
• 静态电流：在不同的工作条件下，静态电流有明确的数值范围。例如，在特定条件下，关断电源电流低至1μA，这对于需要长时间待机的设备来说非常重要，能够有效延长电池续航时间。

2. 音频性能特性

• 输出功率：不同型号的MAX9736在不同电源电压、负载阻抗和总谐波失真加噪声（THD + N）条件下，输出功率有所不同。例如，MAX9736A在PVDD = 12V、8Ω负载、THD + N = 1%时，输出功率可达8W。
• 总谐波失真加噪声（THD + N）：在PWM调制模式下，MAX9736A在输出功率为4W、f = 1kHz、8Ω负载时，THD + N低至0.04%，表明其能提供高质量的音频输出，减少了音频信号的失真。
• 信噪比（SNR）：MAX9736A/D在输出功率为8W、8Ω负载时，A加权信噪比可达96.5dB，这意味着它能够清晰地还原音频信号，减少背景噪声的干扰。

应用信息

1. 无滤波器D类操作

当扬声器引线长度小于等于1m时，MAX9736搭配一个廉价的铁氧体磁珠和电容滤波器就能满足EN55022B EMC辐射限制。选择铁氧体磁珠时，其阻抗应在100Ω至600Ω之间，额定电流至少为2A。电容值则根据所选铁氧体磁珠和扬声器引线长度而定。在评估时，如果使用铁氧体磁珠滤波器和电阻性负载，需要包含一个串联电感（8Ω负载用68μH，4Ω负载用33μH）来模拟实际扬声器的行为，否则会降低效率、THD + N性能和输出功率。而在使用负载扬声器进行评估时，则无需串联电感。

2. 基于电感的输出滤波器

部分应用会使用MAX9736搭配全电感/电容（LC）输出滤波器。为了获得最佳音频性能，应选择PWM输出模式。不同的负载阻抗对应着不同的滤波器元件参数，具体可参考相关表格。

3. 元件选择

• 增益设置电阻：通过外部反馈电阻可以设置MAX9736的增益。对于MAX9736A/D，固定输出级增益为17dB（7V/V）；对于MAX9736B，固定输出级增益为13.6dB（4.8V/V）。选择RF时，应在10kΩ至50kΩ之间。
• 输入电容：输入电容CIN与输入电阻RIN构成一个高通滤波器，用于去除输入信号中的直流偏置。选择CIN时，应使-3dB点远低于感兴趣的最低频率，并且应使用电压系数低的电容，以减少失真。
• COM电容：COM是内部产生的直流偏置电压的输出端，需要用一个1μF的电容将其旁路到AGND。

4. 电源供应与布局

MAX9736的信号部分和功率部分采用独立的电源供应，这样可以实现最佳的净空、功率耗散和抗噪性能的组合。扬声器放大器由PVDD供电，范围为8V至28V；其余部分由VS供电。在电源启动和关闭过程中，VS不得超过PVDD，否则会损坏设备。

在布局方面，正确的布局和接地对于实现最佳性能至关重要。电源输入和放大器输出应使用宽走线，以减少寄生走线电阻带来的损耗。PGND和AGND应在PCB上的单点连接，所有携带开关瞬变的走线应远离AGND和音频信号路径中的走线和元件。此外，每个PVDD引脚都应通过0.1μF的电容旁路到地，同时在PVDD和PGND之间使用一个220μF的电容。VS也应通过1μF的电容旁路到AGND。

总结

MAX9736系列高功率D类音频放大器以其丰富的功能、出色的性能和设计灵活性，为音频系统设计提供了一个优秀的解决方案。无论是在消费电子、专业音频设备还是其他相关领域，它都能满足不同的需求。电子工程师在设计音频系统时，可以根据具体的应用场景和要求，充分发挥MAX9736的优势，打造出高质量、高效率的音频产品。你在使用D类放大器的过程中遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。