LM4836：立体声2W音频功率放大器的卓越之选

在电子设备的音频处理领域，一款性能出色的音频功率放大器至关重要。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）推出的LM4836立体声2W音频功率放大器，看看它有哪些独特的特性和应用优势。

文件下载：LM4836MTEX NOPB.pdf

1. 产品概述

LM4836是一款单片集成电路，专为提供高质量音频而设计，同时仅需最少数量的外部组件。它具备直流音量控制、立体声桥接音频功率放大器、可选增益或低音增强功能以及输入多路复用器，非常适合多媒体显示器、便携式收音机、台式和便携式计算机等应用。

2. 产品特性

2.1 兼容性与接口

• PC98和PC99兼容：确保与多种计算机系统的良好适配。
• 直流音量控制接口和输入多路复用器：方便用户进行音量调节和输入信号选择。
• 系统蜂鸣声检测：可以检测系统的蜂鸣声信号，并进行相应处理。

2.2 放大器特性

• 立体声可切换桥接/单端功率放大器：提供灵活的输出模式，满足不同负载需求。
• 可选内部/外部增益和低音增强配置：用户可以根据实际需求调整放大器的增益和低音效果。
• “咔嗒声和噗噗声”抑制电路：有效减少音频信号切换时产生的噪声，提升音频质量。
• 热关断保护电路：当芯片温度过高时，自动关闭放大器，保护芯片免受损坏。

3. 应用领域

• 便携式和台式计算机：为计算机提供高质量的音频输出，提升用户的视听体验。
• 多媒体显示器：增强显示器的音频功能，使画面和声音更加匹配。
• 便携式收音机、个人数字助理（PDA）和便携式电视：满足这些便携式设备对小型化、低功耗和高音质的需求。

4. 关键规格

4.1 输出功率

负载阻抗	典型输出功率（1% THD+N）
3Ω（LM4836LQ，LM4836MTE）	2.2W
4Ω（LM4836LQ，LM4836MTE）	2.0W
8Ω（LM4836）	1.1W

4.2 单端模式性能

• 在85mW输出功率、32Ω负载下，总谐波失真加噪声（THD+N）典型值为1.0%。

4.3 关断电流

典型值为0.2µA，低功耗特性有助于延长电池续航时间。

5. 电气特性

5.1 电源电压和静态电流

• 电源电压范围为2.7V - 5.5V。
• 静态电源电流典型值为15mA，最大值为30mA。

5.2 音量衰减器特性

• 衰减范围：增益时（Vpin 5 ≥4.5V）为0 ±0.5 dB（最大值），0 -1.0 dB（最小值）；衰减时（Vpin 5 = 0V）为 -73 -70 dB（最小值）。
• 静音衰减：桥接模式下（Vpin 3 = 5V）为 -88 -80 dB（最小值），单端模式下（Vpin 3 = 5V）为 -80 -70 dB（最小值）。

5.3 单端模式和桥接模式性能

• 单端模式：在特定条件下，输出功率、THD+N、电源抑制比（PSRR）、信噪比（SNR）和通道分离度等指标都表现出色。
• 桥接模式：输出功率更高，在不同负载阻抗下都能提供稳定的功率输出，同时THD+N、PSRR、SNR和通道分离度等指标也有良好的表现。

6. 应用信息

6.1 散热设计

LM4836的MTE和LQ封装采用了外露DAP（裸片附着焊盘）设计，能够提供较低的热阻，实现快速的热传递。在PCB布局时，需要将DAP焊接到铜焊盘上，并连接到大面积的连续铜平面，以形成有效的散热路径。同时，根据不同的应用场景和环境温度，需要合理调整散热面积，以确保芯片的结温不超过150°C。

6.2 PCB布局和电源调节

• PCB布局：连接输出引脚和负载的PCB走线应尽可能宽，以减少电阻，提高负载的功率耗散和输出电压摆幅。
• 电源调节：电源供应的良好调节对于保持最大输出功率至关重要。电源走线应尽可能宽，以减少电阻，避免因电源电压下降而导致的输出信号削波和功率降低。

6.3 桥接配置

LM4836由两对运算放大器组成，形成双通道立体声放大器。通过桥接配置，放大器的差分输出可以使负载上的电压摆幅加倍，从而在相同条件下产生四倍于单端放大器的输出功率。同时，桥接输出还能消除负载上的净直流电压，避免使用输出耦合电容，减少内部IC功率耗散。

6.4 功率耗散

在设计单端或桥接放大器时，功率耗散是一个重要的考虑因素。LM4836在桥接模式下的最大内部功率耗散是单端模式的四倍。因此，需要根据芯片的封装和环境温度，合理计算最大允许的功率耗散，并采取相应的散热措施，以确保芯片的正常工作。

6.5 电源旁路

为了实现低噪声性能和高电源抑制比，需要对LM4836的电源进行适当的旁路处理。通常，使用10µF和0.1µF的滤波电容并联来稳定调节器的输出，同时在芯片的电源引脚和地之间连接一个1.0µF的钽电容进行局部旁路。此外，连接一个1uF的电容到旁路引脚可以提高内部偏置电压的稳定性和放大器的PSRR。

6.6 外部组件选择

• 增益设置：LM4836是单位增益稳定的，增益应根据实际应用需求进行设置，以实现最小的THD+N和最大的信噪比。
• 输入电容值选择：输入耦合电容的选择需要考虑音频频率响应、成本、空间和“咔嗒声和噗噗声”性能等因素。根据扬声器的低频响应，可以选择合适的电容值来满足 -3dB高频截止频率的要求。

6.7 优化“咔嗒声和噗噗声”抑制性能

LM4836内部包含了抑制开机和关机瞬态噪声的电路。通过调整旁路电容 (C_{B}) 的大小，可以改变芯片的开机时间和“咔嗒声和噗噗声”的大小。在单端配置中，还可以通过并联一个外部电阻来加速输出耦合电容的放电，减少瞬态噪声。

6.8 对接站应用

LM4836的两个输出引脚（Pin 9和Pin 13）可以连接到内部输入放大器的输出，用于驱动对接站的负载。这些输入放大器可以驱动大于1kΩ的负载，并提供轨到轨的信号。由于输出信号被偏置到 (V_{DD} / 2)，因此需要在负载上串联耦合电容。

6.9 立体声输入多路复用器

LM4836具有两个立体声输入，通过MUX CONTROL引脚可以选择激活哪个输入。

6.10 蜂鸣声检测功能

LM4836的Pin 11可以接受系统的蜂鸣声信号，当检测到信号电平大于 (V_{DD} / 2) 时，桥接输出放大器将被启用，放大并输出蜂鸣声信号。

6.11 微功耗关断

通过向SHUTDOWN引脚施加 (V_{DD}) 可以激活微功耗关断功能，关闭放大器的偏置电路，降低电源电流。

6.12 静音功能

当向MUTE引脚施加 (V_{DD}) 时，LM4836将静音放大器和对接站输出，但仍会放大满足蜂鸣声检测条件的系统警报信号。

6.13 耳机检测功能

通过向HP-IN引脚施加4V - (V_{DD}) 的电压，可以关闭Amp2A和Amp2B，使芯片进入单端模式，驱动耳机并降低静态电流消耗。

6.14 低音增强功能

通过向BASS BOOST SELECT引脚施加GND可以激活低音增强模式，在低频时增加放大器的增益。

6.15 直流音量控制

LM4836的内部立体声音量控制由施加到DC VOL CONTROL引脚的直流电压决定，电压范围为0V - (V_{DD})，音量范围为0dB - -80dB。

7. 音频功率放大器设计示例

以驱动1W功率到8Ω负载为例，设计过程如下：

• 确定最小电源电压：通过输出功率与电源电压曲线或计算得出最小电源电压为4.6V，选择5V电源可以提供一定的余量，避免信号削波和失真。
• 计算最小增益：根据公式计算得出最小增益为2.83，选择 (A_{VD}=3) 可以满足设计要求。
• 确定反馈电阻：根据输入阻抗和增益，计算得出反馈电阻 (R_{f}) 为30kΩ。
• 设置 -3dB频率带宽：根据设计要求，计算得出低频截止频率为20Hz，高频截止频率为100kHz。选择合适的耦合电容值可以满足频率响应的要求。

8. 推荐的印刷电路板布局

文档中提供了针对8引脚LQ封装的LM4836和相关外部组件的四层PCB布局示例，该电路适用于外部5V电源和4Ω扬声器。按照推荐的布局进行设计，可以确保电路的性能和稳定性。

9. 总结

LM4836是一款功能强大、性能出色的立体声2W音频功率放大器，具有多种特性和功能，适用于多种音频应用场景。在设计过程中，需要充分考虑散热、PCB布局、电源调节、外部组件选择等因素，以确保芯片的性能和稳定性。希望本文对电子工程师在使用LM4836进行音频设计时有所帮助。你在使用LM4836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。