探索MAX9715：2.8W低EMI立体声无滤波器D类音频放大器的卓越性能

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成为主流选择。今天，我们要深入探讨的是Maxim公司的MAX9715——一款2.8W低EMI立体声无滤波器D类音频放大器，看看它在音频处理方面有哪些独特之处。

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一、产品概述

MAX9715是一款高效的立体声D类音频功率放大器，在5V电源供电的情况下，每个声道能够向4Ω的扬声器提供高达2.8W的功率。它采用了Maxim的第二代D类技术，具备强大的输出保护功能、高功率效率以及高电源抑制比（PSRR），同时还无需输出滤波器，为工程师们的设计带来了极大的便利。

二、产品特性亮点

（一）电源与效率

• 单电源供电：支持5V单电源操作，简化了电源设计，降低了成本。
• 低功耗：静态电流仅为12mA，在关机模式下，电源电流可降至小于100nA，有效延长了电池续航时间。
• 高效率：在(R_{L}=8 Omega) 、(Pout =1 ~W) 的条件下，效率可达86%，相比传统的AB类放大器，节能效果显著。

（二）低EMI设计

采用扩频调制器，能够有效降低电磁干扰（EMI）。其开关频率在中心频率（1.22MHz）周围随机变化±120kHz，将原本集中在开关频率倍数处的频谱能量分散到一个频率范围内，减少了高频段的频谱分量幅度，从而降低了可能由扬声器和电缆辐射的EMI。

（三）音频性能

• 高PSRR：在1kHz时PSRR高达71dB，能够在嘈杂的电源环境下稳定工作，无需额外的稳压电路。
• 低失真：总谐波失真加噪声（THD+N）在1kHz、(R{L}=8 Omega) 、(P{OUT}=1.2W) 的条件下仅为0.06%，能够提供清晰、纯净的音频输出。
• 增益可选：内部增益有+9.0dB和+10.5dB两种可选设置，可以根据音频输入电平以及扬声器负载来调整放大器的增益。

（四）保护功能

具备短路和热保护功能，能够在输出短路或芯片过热的情况下自动保护芯片，避免损坏。同时，还集成了全面的咔嗒声和噗噗声抑制功能，消除了在启动和关机时可能出现的可听噪声。

三、电气特性分析

（一）电源相关参数

• 电源电压范围：4.5V - 5.5V，能够适应一定范围内的电源波动。
• 静态电流：无负载时典型值为12.8mA，关机时电源电流典型值为0.1μA。

（二）音频性能参数

• 输出功率：在不同负载和失真率条件下，输出功率有所不同。例如，在(R_{L}=4 Omega) 、THD+N = 10%时，输出功率可达2.8W。
• THD+N：如前文所述，在特定条件下能够实现低至0.06%的失真率。
• 信噪比（SNR）：在(P_{OUT}=1W) 、带宽为22Hz - 22kHz时，SNR为89dB；A加权时为93dB，能够提供清晰的音频信号。

（三）数字输入参数

• 输入高电压：(V_{IH}) 为2.0V。
• 输入低电压：(V_{IL}) 为0.8V。
• 输入泄漏电流：(I_{LEAK}) 在SHDN和GAIN引脚处典型值为±1μA。

四、典型工作特性

通过一系列的图表，我们可以直观地了解MAX9715在不同条件下的性能表现。

• THD+N与频率和输出功率的关系：在不同负载和输出功率下，THD+N随频率的变化情况不同。一般来说，在低频段和低输出功率时，THD+N较低。
• 效率与输出功率和电源电压的关系：效率随着输出功率的增加而提高，在一定输出功率范围内能够保持较高的效率。同时，电源电压的变化对效率也有一定的影响。
• 输出频谱与频率的关系：扩频调制使得输出频谱更加分散，降低了高频段的能量集中。

五、引脚说明

MAX9715采用16引脚TQFN - EP封装，各引脚功能明确。

• 电源与接地引脚：包括PVDD、VDD、PGND和GND，为芯片提供电源和接地。
• 音频输入输出引脚：INL、INR为左右声道输入，OUTL+、OUTL - 、OUTR+、OUTR - 为左右声道输出。
• 控制引脚：GAIN用于增益选择，SHDN用于关机控制。
• 偏置引脚：BIAS提供1.8V的偏置电压。

六、详细工作原理与优势

（一）无滤波器调制与共模空闲

传统的D类放大器需要LC滤波器来恢复音频信号，而MAX9715采用的扩频调制方案消除了对LC滤波器的需求。当输入无信号时，其两个输出相互抵消，使得扬声器两端没有净的空闲模式电压，从而降低了功耗。

（二）增益选择

通过控制GAIN引脚的高低电平，可以选择不同的增益设置。驱动GAIN为高电平时，扬声器放大器增益为+9dB；驱动GAIN为低电平时，增益为+10.5dB。我们可以根据具体的应用需求，结合不同的负载和输出功率，计算出所需的输入电压。

（三）关机模式

当SHDN引脚驱动为低电平时，MAX9715进入低功耗关机模式，此时输出放大器、偏置电路被禁用，BIAS引脚被拉至地，有效降低了静态功耗。

（四）咔嗒声和噗噗声抑制

在启动或开机时，调制器偏置电压会被设置到正确的电平，同时输入放大器会被静音25ms，让输入电容充电至偏置电压，之后放大器再解除静音，确保了无咔嗒声启动。

七、应用信息与设计建议

（一）无滤波器操作

MAX9715无需输出滤波器，它依靠扬声器线圈的固有电感以及扬声器和人耳的自然滤波来恢复音频信号。不过，为了获得最佳效率，建议使用串联电感大于30μH的扬声器。

（二）元件选择

• 输入滤波器：输入电容（CIN）与放大器输入电阻（RIN）构成高通滤波器，用于去除输入信号的直流偏置。我们需要选择合适的CIN值，使-3dB点远低于感兴趣的最低频率，同时建议使用低电压系数电介质的电容器，如钽或铝电解电容器。
• 输出滤波器：虽然MAX9715本身不需要输出滤波器，但在某些情况下，如辐射发射不达标、电路板布局不佳、电缆过长或电路靠近对EMI敏感的设备时，可以使用铁氧体磁珠滤波器、共模扼流圈或LC滤波器。

（三）电源旁路、布局和接地

• 布局：使用大的走线来连接电源输入和放大器输出，以减少寄生电阻带来的损耗，同时有助于散热。
• 接地：采用星形连接将GND和PGND在电路板上的一点连接起来，将携带开关瞬变的接地返回路径连接到功率地（PGND），并保持连接到PGND的高电流返回路径短且远离模拟地（GND）和音频输入信号路径中的任何走线或元件。
• 旁路电容：每个PVDD引脚通过0.1μF的电容旁路到PGND，VDD引脚通过0.1μF的电容旁路到GND，并在VDD和PGND之间放置一个大容量电容。

（四）双放大器配置

在典型应用电路中，MAX9715可以配置为中高频放大器，而MAX9713可以配置为单声道低音放大器。通过电容和电阻的合理选择，可以设置高通和低通滤波器的截止频率，实现不同频段的音频放大。

八、总结

MAX9715以其高效、低EMI、低失真以及丰富的保护功能等特点，成为了音频放大器市场中的一款优秀产品。无论是在高端笔记本音频、LCD投影仪、便携式音频设备还是多媒体扩展坞等应用中，它都能够提供出色的音频性能。作为电子工程师，在设计音频系统时，MAX9715无疑是一个值得考虑的选择。大家在实际应用中是否遇到过类似产品的设计挑战呢？又有哪些独特的解决方案呢？欢迎在评论区分享交流。