探索LM4673：高效单声道D类音频功率放大器的卓越性能与应用

在当今的电子设备领域，音频放大器的性能对于提升用户体验至关重要。德州仪器（TI）的LM4673单声道D类音频功率放大器，以其高效、低功耗和灵活的设计特点，成为了移动电话、PDA和其他便携式电子设备的理想选择。今天，我们就来深入了解一下这款放大器的特性、应用以及设计要点。

文件下载：lm4673.pdf

一、LM4673的特性亮点

1. 单声道D类操作

LM4673采用单声道D类操作模式，与传统的AB类放大器相比，具有更高的效率。在相同的电源供应和负载条件下，D类放大器能够将更多的电能转化为音频信号输出，减少了功率损耗，从而延长了电池续航时间。

2. 无需输出滤波器

该放大器采用低噪声、无滤波器的PWM架构，无需为感性负载添加输出滤波器。这不仅减少了外部组件的数量，降低了电路板面积和系统成本，还简化了设计过程。

3. 外部可配置增益

LM4673的增益可以通过外部电阻进行配置，这为设计师提供了更大的灵活性。通过调整增益，能够满足不同应用场景下对音频输出功率和音质的要求。

4. 快速开启时间

其典型开启时间仅为17μs，能够快速响应音频信号，减少了音频延迟，为用户带来更流畅的听觉体验。

5. 微功耗关机模式

在不使用时，LM4673可以进入微功耗关机模式，将电流消耗降低至小于0.01μA，有效节省了能源。

6. 节省空间的封装

提供0.4mm间距的DSBGA和WSON封装，适合对空间要求较高的便携式设备。

二、关键规格参数

1. 效率

在不同的电源电压和输出功率下，LM4673都表现出了较高的效率。例如，在3.6V电源下，向8Ω扬声器输出400mW功率时，效率可达88%（典型值）；输出100mW功率时，效率为80%（典型值）。在5V电源下，向8Ω扬声器输出1W功率时，效率为86%（典型值）。

2. 静态电流

在不同电源电压下，静态电流也有所不同。例如，在3.6V电源、无负载情况下，静态电流典型值为2.1mA。

3. 电源抑制比（PSRR）

在217Hz纹波频率下，PSRR可达78dB，这意味着它能够有效抑制电源中的纹波和噪声，保证音频信号的纯净度。

三、工作原理与性能优势

1. 调制方案

LM4673采用无滤波器调制方案，其差分输出以300kHz的频率在VDD和GND之间切换。当没有输入信号时，两个输出以50%的占空比同相切换，相互抵消，从而在扬声器上没有净电压，实现了空闲状态下的零负载电流，节省了功率。当有输入信号时，输出的占空比会根据输入信号的幅度进行调整，从而产生差分输出电压。

2. 功率耗散与效率

效率是衡量音频放大器性能的重要指标之一。对于LM4673来说，其输出波形形成开关的导通电阻通常小于0.25Ω，因此功率耗散非常低。这使得它在处理输入功率与音频频段输出功率之间的小部分多余功率时，仅消耗一小部分，无需额外的PCB面积或铜平面作为散热片。

3. 差分放大器优势

随着逻辑电源电压的不断降低，差分模拟信号处理成为了提高信噪比的有效方法。LM4673是一款全差分放大器，具有差分输入和输出级。与传统的单端输入音频功率放大器相比，它能够将信噪比提高6dB。此外，它还支持直流输入耦合，消除了两个外部交流耦合、直流阻断电容。同时，差分放大器还具有更好的共模抑制比（CMRR），能够有效减少接地偏移相关的噪声注入。

四、设计要点与注意事项

1. PCB布局

在设计PCB时，应注意以下几点：

• 输出功率增加时，放大器、负载和电源之间的互连电阻会导致电压降，降低输出功率和效率。因此，连接输出引脚到负载和电源引脚到电源的PCB走线应尽可能宽，以减小电阻。
• 使用电源和接地平面可以提高THD+N性能，同时电源平面还能形成寄生电容，有助于过滤电源线。
• 由于换能器负载的感性特性，可能会导致输出边沿出现过冲，产生电磁干扰（EMI）。因此，功率和输出走线应尽可能短，并进行良好的屏蔽。可以使用接地平面、磁珠和微带布局技术来防止不必要的干扰。

2. 电源旁路

正确的电源旁路对于低噪声性能和高电源抑制比至关重要。建议在LM4673的电源引脚附近放置一个4.7μF的钽电容，以提供稳定的电源供应。

3. 关机功能

为了降低不使用时的功耗，LM4673具有关机电路。将关机引脚驱动到地或悬空可以使放大器进入关机状态，此时电流消耗小于0.01μA。需要注意的是，关机引脚与地之间连接有一个内部电阻，当关机引脚电压在电源和地之间时，会增加额外的电流消耗。

4. 外部组件选择

• 增益设置：LM4673的增益由外部电阻Ri决定，最佳THD+N性能的增益为2V/V（6dB）。
• 输入电容：在某些应用或使用单端源时，需要使用输入电容来阻断输入端子上的直流电压。输入电容与输入电阻Ri形成高通滤波器，可以通过调整电容值来实现所需的频率响应。

五、电路配置与应用

1. 差分电路配置

LM4673可以采用多种差分电路配置，如直流耦合差分输入配置、带输入电容的差分输入配置以及双差分输入配置。在这些配置中，可以通过调整外部电阻和电容的值来实现所需的增益和频率响应。

2. 单端电路配置

该放大器也可以用于单端源，但需要使用输入电容来阻断输入端子上的直流电压。在使用多个单端源时，应确保每个输入端子的阻抗相等。

3. 参考设计板

参考设计板上提供了一个测量滤波器，方便进行常规音频测量。但需要注意的是，测量滤波器会对音频信号产生一定的衰减，在进行性能测量时需要考虑这一因素。

六、总结

LM4673作为一款高性能的单声道D类音频功率放大器，具有众多优点，如高效率、低功耗、灵活的增益配置和多种电路配置选项等。在设计过程中，我们需要充分考虑其特性和要求，合理布局PCB、选择合适的外部组件，以实现最佳的音频性能。希望通过今天的介绍，能够帮助大家更好地理解和应用LM4673，为我们的音频设计带来更多的可能性。

大家在使用LM4673的过程中，有没有遇到过什么有趣的问题或者独特的应用案例呢？欢迎在评论区分享交流！