深度解析LM48410：低EMI、无滤波器立体声D类音频功率放大器

在当今的电子设备中，音频放大器的性能对用户体验至关重要。德州仪器（TI）的LM48410低EMI、无滤波器2.3W立体声D类音频功率放大器，凭借其众多出色特性，在移动设备等领域得到了广泛应用。本文将对LM48410进行全面解析，帮助电子工程师更好地了解和使用这款产品。

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一、产品概述

LM48410是一款单电源、高效、每通道2.3W的无滤波器开关音频放大器。其低噪声PWM架构消除了输出滤波器，减少了外部元件数量、电路板面积消耗和系统成本，同时简化了设计。该放大器专为满足手机和其他便携式通信设备的需求而设计，可在2.4V至5.5V的宽电源电压范围内工作。

二、产品特性

2.1 降低EMI

可选择的扩频模式能有效降低电磁干扰（EMI），减少了对输出滤波器、铁氧体磁珠或扼流圈的需求。在扩频模式下，开关频率会围绕300kHz的中心频率随机变化30%，从而降低宽带频谱内容，改善扬声器及相关电缆和走线的EMI辐射。

2.2 输出短路保护

具备输出短路保护功能，可防止设备在故障条件下受损，提高了系统的可靠性。

2.3 立体声D类操作

采用立体声D类操作模式，无需输出滤波器，提高了效率并减少了外部元件。

2.4 3D增强效果

TI的3D增强效果可拓宽立体声音频信号的感知音场，增加左右声道的分离度，提升音频再现效果，尤其适用于左右扬声器距离较近的设备。

2.5 逻辑可选增益

提供四种逻辑可选增益设置，可通过G0和G1引脚进行选择，满足不同应用的需求。

2.6 独立通道关断控制

左右声道可独立关断，在混合单声道/立体声应用中可最大程度节省功耗。

2.7 最小外部元件

只需最少的外部元件，降低了系统成本和电路板面积。

2.8 咔嗒声和爆音抑制

出色的咔嗒声和爆音抑制功能，消除了电源开启/关闭和关断期间的可听瞬态噪声。

2.9 微功耗关断

关断电流极低，典型值仅为0.03μA，有助于延长电池续航时间。

2.10 节省空间的封装

采用4mm x 4mm WQFN封装，节省了电路板空间。

三、应用领域

LM48410适用于多种应用，包括手机、个人数字助理（PDA）和笔记本电脑等便携式设备。

四、关键规格

4.1 静态电源电流

在3.6V电源下，静态电源电流为4mA。

4.2 输出功率

• 在(V{DD}=5V)，(R{L}=4Ω)，(THD ≤10%)时，输出功率典型值为2.3W。
• 在(V{DD}=5V)，(R{L}=8Ω)，(THD ≤10%)时，输出功率典型值为1.5W。

4.3 关断电流

关断电流典型值为0.03μA。

4.4 效率

• 在3.6V、100mW输入8Ω负载时，效率典型值为80%。
• 在3.6V、500mW输入8Ω负载时，效率典型值为85%。
• 在5V、1W输入8Ω负载时，效率典型值为86%。

五、工作原理

5.1 通用放大器功能

LM48410采用无滤波器调制方案，输出以300kHz的开关频率在(V_{DD})和GND之间转换。无信号时，输出以50%的占空比同相切换，使两个输出相互抵消，负载无电流。输入信号时，输出的占空比会根据信号变化，从而产生差分输出电压。

5.2 固定频率模式

通过设置(SS / overline{FF}=GND)选择固定频率模式，此时放大器输出以恒定的300kHz开关，输出频谱由基波及其相关谐波组成。

5.3 扩频模式

设置(SS / overline{FF}=V_{DD})可进入扩频模式，开关频率围绕300kHz中心频率随机变化30%，减少宽带频谱内容，改善EMI辐射，且不影响音频再现、效率或电源抑制比（PSRR）。

5.4 差分放大器原理

LM48410采用两个全差分扬声器放大器，可放大两个输入信号的差值，相比传统单端输入放大器，能提高信噪比（SNR）和共模抑制比（CMRR），减少对与地偏移相关的噪声注入的敏感度。

5.5 功率耗散和效率

D类放大器的主要优点是效率高于AB类放大器。LM48410的效率得益于输出级晶体管的工作区域，输出级作为电流控制开关，与AB类放大器相比功耗可忽略不计。输出级的功率损耗主要来自MOSFET导通电阻的IR损耗和栅极电荷引起的开关损耗。

5.6 关断功能

LM48410具有独立的左右声道关断控制，SDR控制右声道，SDL控制左声道。将任一引脚拉低可禁用相应声道，使电源电流降至0.1µA。为使关断时电流消耗最小，建议在GND和(V_{DD})之间切换。

六、外部元件选择

6.1 电源旁路/滤波

适当的电源旁路对于低噪声性能和高PSRR至关重要。应将电源旁路电容尽可能靠近器件放置，建议使用1µF电容。

6.2 输入电容选择

某些应用或音频源为单端时，可能需要输入电容。输入电容可阻挡音频信号的直流分量，消除音频源直流分量与LM48410偏置电压之间的冲突。同时，输入电容与输入电阻(R_{IN})构成高通滤波器，可去除音频信号中的低频成分，保护扬声器并过滤电源噪声。建议使用容差为10%或更好的电容以实现阻抗匹配和改善CMRR及PSRR。

6.3 3D增强

启用3D增强效果需要外部RC网络，由于LM48410是全差分放大器，每个立体声输入对（INL+和INR+，以及INL-和INR-）都需要一个独立的RC网络。将3DEN置高可启用3D效果，置低则禁用。3D RC网络作为高通滤波器，(R{3D})电阻设置3D效果的强度，(C{3D})电容设置3D效果发生的频率。

七、音频放大器增益设置

LM48410具有四种内部配置的增益设置，通过G0和G1两个逻辑输入进行选择，具体增益设置如下表所示：	G1	G0	V/V	dB
0	0	2	6
0	1	4	12
1	0	8	18
1	1	16	24

八、单端音频放大器配置

LM48410与单端源兼容，配置为单端输入时，需使用输入电容阻挡输入的直流分量。

九、PCB布局指南

9.1 减小电阻影响

随着输出功率增加，放大器、负载和电源之间的互连电阻（PCB走线和导线）会产生电压降，导致输出功率降低和效率下降。为保持最高输出电压摆幅和相应的峰值输出功率，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，以最小化走线电阻。

9.2 采用电源和接地层

使用电源和接地层可获得最佳的THD+N性能，除了降低走线电阻外，电源层还能形成寄生电容，有助于过滤电源线。

9.3 减少EMI辐射

换能器负载的电感特性可能导致过冲，从EMI角度看，这是一种可能辐射或传导到系统其他组件并造成干扰的激进波形。因此，应尽量使电源和输出走线短且良好屏蔽，可使用接地层、磁珠和微带布局技术防止不必要的干扰。随着LM48410与扬声器之间的距离增加，输出线或走线作为天线会增加EMI辐射，可能需要在LM48410输出附近放置铁氧体芯片电感来减少EMI辐射。

十、暴露焊盘安装注意事项

LM48410 WQFN封装底部有暴露的散热焊盘（DAP），可通过直接的热传导路径将热量从芯片传导到印刷电路板，降低封装的热阻。应通过大焊盘和多个过孔将暴露的散热焊盘连接到PCB底部的接地层。

十一、总结

LM48410是一款性能出色的立体声D类音频功率放大器，具有低EMI、高效、多种增益选择、3D增强等众多优点，适用于各种便携式设备。电子工程师在设计时，需根据具体应用需求合理选择外部元件，并注意PCB布局，以充分发挥LM48410的性能。大家在使用LM48410过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。