RT9120H：高效立体声D类音频放大器的卓越之选

在音频放大器领域，RT9120H以其高性能和丰富功能脱颖而出。作为一名电子工程师，今天就来深入剖析这款50W立体声、高效无电感、具备DRC控制的 (I^{2} S) 通用D类音频放大器。

文件下载：RT9120H_DS-00.pdf

一、产品概述

RT9120H是一款高效的 (I^{2} S) 输入立体声通道音频功率放大器。它能在8Ω BTL（桥接负载）扬声器负载下提供最大2x50W的功率输出。在2x10W功率输出时，效率可超过94%，这意味着它能在实现高功率输出的同时，有效降低能耗。而且，它无需散热片，采用CMH模式可减少小信号时的脉冲宽度，降低电感电流纹波，提高轻载效率。内置的抗爆音功能能在各种场景下减少扬声器的爆音噪声，保护电路则提供过温、过流、过压、欠压保护，并报告错误状态。它支持8kHz至192kHz的宽输入采样率，还具备单频段DRC（动态范围压缩）、灵活的输入混音器和功率限幅功能。其推荐的结温范围为 -40°C至150°C，环境温度范围为 -40°C至85°C。

二、产品特性

低静态电流与宽输入范围

• CMH模式：有效降低静态电流，提高轻载效率。
• 宽输入电源范围：支持4.5V至26.4V的输入电源，适应多种电源环境。
• 支持多种I/O电压：支持1.8V和3.3V的I/O电压，增加了设计的灵活性。

高性能音频指标

• 多种功率模式：可实现1x100W的PBTL模式（2Ω，23V， (THD+N = 1%) ）和2x50W的BTL模式（4Ω，23V， (THD+N = 1%) ）。
• 高信噪比：SNR高达113dB，能提供清晰纯净的音频信号。
• 低失真：在1W功率下， (THD+N) 仅为0.02%，确保音频质量。
• 低噪声：噪声底为35μV，减少背景噪声干扰。
• 高效率：在8Ω负载、2x10W功率输出时，效率可达94%。
• 低导通电阻： (R_{DS(ON)}) 低至90mΩ，降低功率损耗。

其他特性

• 多采样频率支持：支持8kHz至192kHz的采样频率，还支持TDM格式的多通道音频。
• 内置多种功能：包括抗爆音功能、可编程的DRC滤波器系数、内置直流阻塞滤波器、内置热折返控制等。
• 保护功能齐全：具备UVLO、OVP、OCP、OTP和DCP等保护特性。
• 封装形式：采用64引脚LQFP封装，带有外露散热垫，有利于散热。

三、应用领域

RT9120H的应用范围广泛，涵盖了各种音频设备：

• 蓝牙和WiFi音箱：为无线音箱提供高功率、高质量的音频放大。
• 低音炮：满足低音炮对大功率输出的需求。
• 书架式立体声系统：提升立体声系统的音频性能。
• 专业和公共广播（PA）音箱：适用于专业音频场合。
• 有源分频器和两路音箱：在复杂音频系统中发挥作用。
• 条形音箱、笔记本电脑和PC音箱：为这些设备提供优质音频解决方案。
• 家庭音频：为家庭音响系统带来出色的音频体验。

四、引脚配置与功能

引脚配置

RT9120H采用RLQFP - 64L 10x10（PP）封装，其引脚包括电源引脚、数字输入输出引脚、模拟输出引脚等。例如，SDA和SCL用于I2C通信，SDI用于 (I^{2} S) 数据输入，LRCK用于 (I^{2} S) 左右声道时钟输入等。

功能引脚描述

引脚编号	引脚名称	类型	引脚功能
1 - 64部分引脚	NC	P	无连接，布局时接地
4	SDA	DIO	I2C数据输入输出
5	SCL	DI	I2C时钟输入
6	SDI	DI	(I^{2} S) 数据输入
7	LRCK	DI	(I^{2} S) 左右声道时钟输入
9	DVSS	P	数字电路接地
10	VR_DIG	P	内部LDO生成的1.8V数字电源电压
11	DVDD	P	3.3V或1.8V的I/O电源
23	AVSS	P	模拟电路接地
24	AVCC	P	模拟电路电源
25	VR_ANA	P	模拟参考电压
26	GVDD	P	内部LDO生成的电源
28	BSTPR	P	VOUTPR的自举电源
30 - 31	VOUTPR	AO	右声道正输出
34 - 35	PVDDR	P	右声道电源
36 - 37	PVSSR	P	右声道接地
38 - 39	VOUTNR	AO	右声道负输出
40	BSTNR	P	VOUTNR的自举电源
41	BSTNL	P	VOUTNL的自举电源
42 - 43	VOUTNL	AO	左声道负输出
44 - 45	PVSSL	P	左声道接地
46 - 47	PVDDL	P	左声道电源
50 - 51	VOUTPL	AO	左声道正输出
53	BSTPL	P	VOUTPL的自举电源
55	MUTE_N	DI	静音引脚
56	FAULTB	DO	故障指示（低电平有效）
57	A_SEL	DI	从地址选择
58	SDO	DO	(I^{2} S) 数据输出
59	PWDNN	DI	电源关闭引脚（低电平有效）
（外露焊盘）	PVSS	P	接地，需焊接到大型PCB并连接到GND以实现最大功率耗散

五、电气特性

输入输出电压

• PWDNN和MUTE_N：高电平输入电压为 (DVDD times 0.7) ，低电平输入电压为 (DVDD times 0.3) 。
• FAULTB：低电平输出电压在 (I_{PULLUP} = 3mA) 时最大为0.4V。

电流特性

• DVDD静态电流：正常模式下为8.5mA，关机电流为5 - 15μA。
• PVDDL/R + AVCC静态电流：在CMH模式下，不同条件下电流有所不同，如在某些条件下为20 - 30mA，关机电流为10 - 20μA。

其他特性

• 导通电阻：高侧 (R_{DS(ON)}) 为90mΩ，低侧为85mΩ。
• 增益变化：放大器之间的增益差异最大为0.5dB，左右声道增益差异最大为0.4dB。
• 启动和关机时间：从关机启动时间为45ms，PWM关机时间最大为200μs。
• PWM开关频率：384kHz模式下为364.8 - 403.2kHz，768kHz模式下为729.6 - 806.4kHz。
• 输出功率：在BTL模式下， (THD + N = 10%) ，PVDD = 23V， (R{L} = 4Omega) 时，输出功率为50W； (THD + N = 1%) ，PVDD = 23V， (R{L} = 2Omega) 时，输出功率为100W。
• 失真和噪声： (THD + N) 在PVDD = 24V， (P{O} = 1W) （BTL）， (R{L} = 8Omega) 时为0.02 - 0.1%，输出集成噪声为35μV。
• 输出偏移电压：在不同电源电压下，启用DC校准后，输出偏移电压为 -5 - 5mV。
• 串扰：在不同条件下，串扰为 -75 - -110dB。
• 信噪比：在PVDD = 24V， (THD + N = 1%) 时，信噪比为113dB。
• 电源抑制比：在1kHz频率下为 -75dB。
• 动态范围：输入电平为 -60dBFS时，动态范围为113dB。
• 效率：在不同电源电压和输出功率下，效率有所不同，如在PVDD = 12V，输出功率为10W + 10W， (R_{L} = 8Omega) 时，效率为94%。

六、应用信息

I2C总线与通信协议

RT9120H支持I2C协议，通过SCL和SDA端口进行通信。它作为从设备，可在最高400kb/s的速率下工作。数据在SCL时钟为低电平时在SDA线上变化，SDA在时钟高电平时的跳变用于识别START或STOP条件。

电容和滤波器选择

• 升压电容：对于大功率输出和低频应用，升压电容可在0.47μF至1μF之间选择。例如，在PVDD = 24V， (R = 8Omega) ，输出功率 > 2x25W，20Hz，BTL模式下，选择1μF电容。
• LC滤波器：根据PWM开关频率选择合适的LC组合，384kHz时，电感为10μH至8.2μH，电容为0.68μF至0.47μF；768kHz时，电感为4.7μH，电容为0.47μF至0.22μF。

设备寻址

RT9120H支持4种不同的地址设置，通过A_SEL引脚进行选择。默认设备地址根据A_SEL的连接方式不同而不同，如A_SEL = DVDD时为0011001，A_SEL = GND时为0011000等。

音频接口

支持I2S、左对齐、右对齐和TDM四种音频接口，每种接口支持32位、24位、20位和16位格式。

增益设置

• 放大增益：通过寄存器0x07的b[4:0]设置，范围从 -6dB到17dB。
• 主音量增益：通过寄存器0x20的MS_VOL[10:0]设置，范围从24dB到静音，每步为0.0625dB。

其他功能

• 音量渐变：通过寄存器0x0A的VOL_RAMP_MODE[1:0]设置，可选择不同的音量渐变时间。
• 硬限幅功能：通过寄存器0x06的HARD_CLIP_EN和0x27的HARD_CLIP_TH设置，可对信号进行限幅。
• 直流保护功能：通过寄存器0x14设置直流检测阈值和检测时间，保护扬声器。
• 补偿滤波器：用于补偿内部增益和LC滤波器对频率响应的影响，可根据不同应用电路进行设置。

七、总结

RT9120H是一款功能强大、性能卓越的音频放大器，它在音频质量、效率、保护功能等方面都表现出色。无论是在消费电子还是专业音频领域，都能为工程师提供可靠的音频解决方案。在实际设计中，工程师需要根据具体应用需求，合理选择电容、滤波器等元件，设置合适的增益和参数，以充分发挥RT9120H的优势。你在使用类似音频放大器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。