PAM8304：高性能单声道D类音频放大器的技术解析

在音频放大器领域，D类放大器凭借其高效率、低功耗等优势，成为了众多便携式设备的理想选择。今天，我们就来深入了解一下Diodes Incorporated推出的PAM8304单声道无滤波D类音频放大器。

文件下载：PAM8304ASR.pdf

一、产品概述

PAM8304是一款具有高信噪比（SNR）和差分输入的单声道无滤波D类放大器，其差分输入有助于消除噪声。该放大器支持2.8V至6V的工作电压，非常适合多达4节碱性电池的应用场景。在5V电源下，它能够驱动低至3Ω的扬声器负载，从而最大限度地提高输出功率。

此外，PAM8304具有超过90%的效率和较小的PCB面积，这使得它成为便携式应用的理想选择。其输出采用无滤波架构，减少了外部组件的数量和PCB面积，同时提供了高性能、简单且低成本的系统解决方案。

二、产品特性

1. 宽电压范围

支持2.8V至6.0V的电源电压，适应多种电源环境。

2. 强大的驱动能力

具备3Ω的驱动能力，能够满足不同扬声器负载的需求。

3. 高输出功率

在4Ω负载和5V电源下，可实现3.0W@10% THD的输出功率。

4. 高效率

在8Ω负载和1W功率下，效率高达90%。

5. 低功耗

关机电流小于1μA，有效延长电池续航时间。

6. 低噪声

在无输入情况下具有出色的低噪声性能。

7. 保护功能

具备短路保护、热关断和欠压锁定功能，确保设备的安全稳定运行。

8. 小巧封装

提供节省空间的DFN3030 - 8L和MSOP - 8L封装，并且为无铅封装。

三、引脚分配与功能

Pin Name	MSOP - 8L/DFN3x3 - 8L	Function
OUT+	1	正BTL输出
PVDD	2	电源
VDD	3	模拟电源
IN -	4	负差分输入
IN+	5	正差分输入
/SD	6	关机端子，低电平有效
GND	7	接地
OUT -	8	负BTL输出
Exposed Pad	—	NC

四、电气特性

1. 输出功率

在不同的电源电压和负载条件下，PAM8304能够提供不同的输出功率。例如，在5V电源、4Ω负载和10% THD的条件下，输出功率可达3.0W；在5V电源、8Ω负载和10% THD的条件下，输出功率可达1.75W。

2. 总谐波失真加噪声（THD + N）

在不同的电源电压、输出功率和负载条件下，THD + N的值有所不同。一般来说，在较低的输出功率下，THD + N的值较低，音频质量更好。

3. 电源纹波抑制比（PSRR）

在不同的频率下，PSRR的值也有所不同。例如，在217Hz时，PSRR为 - 68dB；在1kHz时，PSRR为 - 70dB；在10kHz时，PSRR为 - 67dB。

4. 动态范围（Dyn）

在5V电源、8Ω负载和特定THD条件下，动态范围可达95dB。

5. 输出噪声（Vn）

在输入交流接地的情况下，无A加权时输出噪声为170μV，A加权时为130μV。

6. 效率（η）

在8Ω负载和10% THD的条件下，效率可达93%；在4Ω负载和10% THD的条件下，效率可达86%。

7. 静态电流

静态电流（IQ）在5V电源和无负载的情况下为5mA，关机电流（Isd）在2.8V至5V电源和/SD = 0V的情况下小于1μA。

五、性能特性

1. THD + N与输出功率的关系

在不同的负载电阻下，THD + N随输出功率的变化而变化。一般来说，随着输出功率的增加，THD + N的值也会增加。

2. 噪声地板

噪声地板反映了放大器在无输入信号时的噪声水平，PAM8304具有较低的噪声地板，能够提供清晰的音频输出。

3. 频率响应

PAM8304具有良好的频率响应特性，能够在较宽的频率范围内提供平坦的响应。

4. PSRR与频率的关系

PSRR随频率的变化而变化，在低频时PSRR较高，能够有效抑制电源纹波。

5. 效率与输出功率的关系

在不同的负载电阻下，效率随输出功率的变化而变化。一般来说，在一定的输出功率范围内，效率较高。

六、应用信息

1. 输入电容（Ci）

在典型应用中，需要一个输入电容Ci来将放大器的输入信号偏置到适当的直流电平，以实现最佳操作。Ci和最小输入阻抗Ri形成一个高通滤波器，其转角频率由公式(f = frac{1}{2pi RiCi})确定。在选择Ci的值时，需要考虑其对电路低频性能的影响。例如，当Ri为150kΩ，要求低音响应平坦至150Hz时，可以通过公式(Ci = frac{1}{2pi Rf})来确定Ci的值。同时，为了减少输入源通过输入网络（Ci、Ri和Rf）到负载的泄漏电流，建议选择低泄漏的钽或陶瓷电容。

2. 去耦电容（CS）

PAM8304是一款高性能CMOS音频放大器，需要足够的电源去耦来确保输出总谐波失真（THD）尽可能低。电源去耦还可以防止放大器和扬声器之间长引线长度引起的振荡。最佳去耦是通过使用两种不同类型的电容来实现的，一种是用于过滤高频瞬变、尖峰或数字杂波的低等效串联电阻（ESR）陶瓷电容，通常值为1μF，应尽可能靠近设备的VDD引脚放置；另一种是用于过滤低频噪声信号的大容量陶瓷电容，值为10μF或更大，建议放置在音频功率放大器附近。

3. 降低电磁干扰（EMI）

大多数应用需要使用铁氧体磁珠滤波器来消除EMI。铁氧体滤波器可以降低1MHz及以上的EMI。在选择铁氧体磁珠时，应选择在高频时具有高阻抗、在低频时具有低阻抗的磁珠。

4. 关机操作

为了在不使用时降低功耗，PAM8304包含放大器关机电路。当向/SD引脚施加逻辑低电平或接地时，PAM8304将进入待机模式，从而最小化电源电流消耗。

5. 欠压锁定（UVLO）

PAM8304内置了检测低电源电压的电路。当电源电压降至2.0V或以下时，PAM8304将进入关机状态。只有当VDD高于2.5V时，设备才会恢复正常运行。

6. 短路保护（SCP）

PAM8304的输出端具有短路保护电路，可防止在输出到输出短路或输出到地短路时设备损坏。当发生短路时，设备会立即进入关机状态。一旦短路消除，设备将重新激活。

7. 过温保护（OTP）

热保护可防止设备损坏。当内部管芯温度超过典型的150°C时，设备将进入关机状态，输出被禁用。这不是一个锁存故障，一旦热故障清除且管芯温度降低40°C，设备将在无需外部系统干预的情况下重新启动。

8. 抗POP和抗点击电路

PAM8304包含电路以最小化开启和关闭瞬变或“咔嗒声和爆音”。当设备开启时，放大器内部静音，内部电流源逐渐增加内部参考电压。设备将保持静音模式，直到参考电压达到半电源电压。一旦参考电压稳定，设备将开始全功率运行。为了获得最佳的关机爆音性能，应在移除电源电压之前将放大器设置为关机模式。

七、订购信息

Part Number	Package	Standard Package
PAM8304AYR	DFN3030 - 8L	3,000 Units/Tape&Real
PAM8304ASR	MSOP - 8L	2,500 Units/Tape&Real

八、总结

PAM8304是一款性能出色的单声道D类音频放大器，具有宽电压范围、强大的驱动能力、高效率、低功耗和多种保护功能等优点。在设计音频电路时，电子工程师可以根据具体的应用需求，合理选择输入电容、去耦电容和铁氧体磁珠等组件，以充分发挥PAM8304的性能优势。同时，要注意遵循设备的操作规范，确保设备的安全稳定运行。你在使用PAM8304的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。