MAX9718/MAX9719：低成本单声道/立体声1.4W差分音频功率放大器的设计与应用

引言

在便携式音频设备的设计中，一款性能优异且成本低廉的音频功率放大器至关重要。MAXIM公司的MAX9718/MAX9719差分输入音频功率放大器就是这样一款产品，它能为便携式音频设备带来高质量的音频放大效果。今天我们就来深入探讨一下这两款放大器的特点、性能以及设计应用中的要点。

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产品概述

基本特性

MAX9718/MAX9719非常适合带有内置扬声器的便携式音频设备。其差分输入结构极大地提高了噪声抑制能力，具备出色的共模抑制特性。采用桥接负载（BTL）架构，不仅能提供高质量的功率音频放大，还能有效减少外部元件的数量。其中，MAX9718是单通道放大器，而MAX9719则是用于立体声系统的双通道放大器。在单 +5V 电源供电的情况下，两款设备每通道都能向 4Ω 负载提供 1.4W 的连续平均功率，且总谐波失真加噪声（THD + N）小于 1%。

增益选项

它们有可调增益放大器版本，也有内部固定增益为 0dB、3dB 和 6dB 的版本，这有助于减少元件数量，简化设计过程。

低功耗模式

具备 100nA 的低功耗关断模式，通过关断输入可以禁用偏置发生器和放大器，将静态电流消耗降低到极低水平。而且MAX9718的关断输入极性可以设置为高电平有效或低电平有效。

无咔嗒声和噗噗声设计

采用了Maxim公司领先的咔嗒声和噗噗声抑制电路，能有效减少启动和关断过程中可听见的咔嗒声和噗噗声，提升用户的听觉体验。

封装与温度范围

MAX9718有 9 凸点 UCSP™、10 引脚 TDFN 和 10 引脚 μMAX® 等封装形式；MAX9719则提供 16 引脚 TQFN、16 引脚 TSSOP 和 16 凸点 UCSP 等封装。两款设备都能在 -40°C 至 +85°C 的扩展温度范围内正常工作。

电气特性分析

电源相关特性

• 电源电压范围：工作电源电压范围为 2.7V 至 5.5V，能适应多种电源环境。
• 电源电流：在不同的工作条件下，电源电流有所不同。例如，在正常工作时，每通道的电源电流在 5.0mA 至 7.5mA 之间；而在关断模式下，每通道的关断电源电流可低至 0.1μA 至 1μA。
• 关断阈值：不同型号的 MAX9718 在关断输入阈值上有差异，如 MAX9718A/B/C/D 的关断输入高电平阈值为 0.7 x VCC，低电平阈值为 0.3 x VCC；而 MAX9718E/F/G/H 的关断输入高电平阈值为 1.4V，低电平阈值为 0.4V。

输出与输入特性

• 输出失调电压：根据不同的增益设置和型号，输出失调电压有所不同。例如，在增益为 0dB 时，MAX971_A/H 的输出失调电压在 ±1mV 至 ±10mV 之间。
• 共模输入电压：共模输入电压范围也与增益设置有关，在不同增益下，其范围在 0.5V 至 VCC - 0.5V 至 VCC - 1.2V 之间。
• 输入阻抗：MAX971_B/E、MAX971_C/F、MAX971_D/G 的输入阻抗在 10kΩ 至 20kΩ 之间。

其他特性

• 共模抑制比（CMRR）：在 1kHz 时，CMRR 可达 -60dB，能有效抑制共模信号的干扰。
• 电源抑制比（PSRR）：在 217Hz 时，PSRR 高达 -93dB，能很好地抑制电源噪声。
• 输出功率：在 1% THD + N 的条件下，每通道可向 4Ω 负载提供 1.4W 的输出功率，向 8Ω 负载提供 0.8W 至 1.1W 的输出功率。

典型工作特性

从典型工作特性曲线中，我们可以看到 THD + N 与频率、输出功率等参数之间的关系。例如，在不同的输出功率和频率下，THD + N 的值会发生变化。这对于我们在设计中选择合适的工作点非常重要，我们需要根据具体的应用需求，平衡输出功率和 THD + N 等指标，以达到最佳的音频性能。

设计要点

BTL 放大器的优势

MAX9718/MAX9719 采用 BTL 放大器配置，与单端配置相比，它能使输出电压加倍，从而使输出功率提高四倍。而且由于差分输出在电源中点偏置，负载上没有净直流电压，无需使用单端放大器所需的直流阻隔电容，避免了这些电容带来的成本、空间和低频性能下降等问题。

功率耗散与散热

在正常工作条件下，MAX9718/MAX9719 会消耗大量功率。我们可以根据绝对最大额定值部分给出的连续功率耗散数据，或者通过公式 (P{D(MAX)}=frac{T{J(MAX)}-T{A}}{theta{JA}}) 来计算最大允许的功率耗散。如果内部功率耗散超过了给定封装的最大允许值，可以通过增加接地平面的散热能力、加大连接到设备的走线尺寸等方法来降低功率耗散。同时，热过载保护电路会在结温超过 +160°C 时禁用放大器输出级，当结温下降 15°C 后放大器会重新启用。为了实现最佳的功率耗散和散热效果，应将 μMAX、TDFN、TQFN 和 TSSOP 封装上的外露焊盘连接到大面积的接地平面。

增益设置

• 固定增益：MAX9718B/E、MAX9718C/F、MAX9718D/G、MAX9719B、MAX9719C 和 MAX9719D 具有内部固定增益，这简化了设计，减少了所需的电路板面积，并且无需外部增益设置电阻。
• 可调增益：MAX9718A/H 和 MAX9719A 的增益由外部反馈电阻设置，通过公式 (A{V}=frac{R{F}}{R_{IN}}) 可以计算出所需的增益。例如，当 RIN 为 10kΩ，RF 为 20kΩ 时，增益为 2V/V（即 6dB），而且 RF 可以是固定电阻或可变电阻，方便通过软件控制增益。

输入滤波器

如果使用输入电容，输入电容 (C_{IN}) 与 RIN 会形成一个高通滤波器，用于去除输入信号中的直流偏置。但设置 -3dB 点过高会影响放大器的低频响应，因此应选择具有低电压系数电介质的电容，如钽或铝电解电容，避免使用陶瓷电容等可能增加低频失真的电容。

BIAS 电容

BIAS 是内部产生的 VCC/2 偏置电压的输出端。BIAS 旁路电容 CBIAS 能通过减少共模偏置节点处的电源和其他噪声源来改善 PSRR 和 THD + N，同时为扬声器放大器生成无咔嗒声/噗噗声的启动直流偏置波形。建议使用 0.1μF 的电容将 BIAS 旁路到地，增大 CBIAS 的值（最大到 1μF）可以改善 PSRR，但会减慢开启/关闭时间。

电源旁路

为了确保低噪声、低失真的性能，应使用一个 1μF 的陶瓷电容将 VCC 旁路到地，并根据应用需求添加额外的大容量电容。旁路电容应尽可能靠近设备放置。

布局与接地

良好的 PCB 布局对于优化性能至关重要。应使用大尺寸的走线来连接电源输入和放大器输出，以减少寄生走线电阻带来的损耗，并将热量从设备中散发出去。合理的接地设计可以改善音频性能，减少通道之间的串扰，防止数字开关噪声耦合到音频信号中。同时，MAX9718/MAX9719 的 TDFN、TQFN、TSSOP 和 μMAX 封装底部有外露的散热焊盘，应使用多个过孔将其连接到接地平面，以降低封装的热阻。

结语

MAX9718/MAX9719 差分输入音频功率放大器以其出色的性能、丰富的功能和多样的封装形式，为便携式音频设备的设计提供了一个优秀的解决方案。在设计过程中，我们需要充分了解其电气特性和工作特性，合理运用各种设计要点，才能发挥出这两款放大器的最佳性能，为用户带来高质量的音频体验。大家在实际应用中有没有遇到过什么问题呢？欢迎在评论区分享交流。