SABRE9601K耳机驱动器：音频界的高性能之选

一、引言

在当今的音频市场中，对于高品质音频的追求从未停止。无论是手机、平板电脑还是数字音乐播放器等便携式设备，都需要一款高性能的耳机驱动器来满足音频发烧友对于音质的苛刻要求。ESS TECHNOLOGY推出的SABRE9601K耳机驱动器，无疑是这一领域的佼佼者。它以卓越的性能和先进的技术，为音频设备带来了全新的听觉体验。那么，这款耳机驱动器究竟有哪些独特之处呢？让我们一起来深入了解。

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二、产品概述

SABRE9601K耳机驱动器专为发烧友级便携式应用而设计，如手机、平板电脑和数字音乐播放器等。它具有高达122dB的信噪比（SNR）和 -117dB的总谐波失真加噪声（THD+N），树立了独立耳机驱动器性能的新标杆，能够满足最挑剔的音频爱好者的需求。该驱动器采用20引脚、3mm x 3mm的QFN封装，体积小巧，非常适合便携式设备的设计。

三、产品特性

3.1 无与伦比的性能

• 高信噪比和低失真：在600Ω负载下驱动2Vrms时，总A加权SNR优于122dB，THD+N低至 -117dB；在32Ω负载下输出30mW时，THD+N为 -100dB。如此出色的性能，为音频设备提供了纯净、清晰的声音输出。
• SABRE SOUND技术：如同ESS的高品质SABRE32参考DAC一样，SABRE9601K通过SABRE SOUND技术为当今最苛刻的音频应用设定了高清音频性能标准，将极致的音频体验一直传递到耳机。

3.2 实用的设计特性

• 接地参考输出：消除了大型隔直电容，简化了电路设计，同时减少了信号失真。
• 爆音抑制：在电源开启和关闭时不会产生任何咔嗒声或爆音，提供了平稳的音频过渡。
• 负电源电荷泵：支持单AVCC操作，简化了电源供应，降低了设计复杂度。
• 小封装尺寸：20引脚、3mm x 3mm的QFN封装，最小化了PCB占用面积，适合空间有限的便携式设备。
• 低功耗：静态电流小于9mA，待机电流小于5μA，最大限度地延长了电池寿命。

四、引脚布局与描述

4.1 引脚布局

在使用SABRE9601K时，需要注意引脚10和16的名称变更信息，具体可参考文档第3页的注释1。

4.2 引脚描述

引脚	名称	I/O	描述
1	AVCC_CP	-	模拟电源（电荷泵）
2	C1	-	正模拟飞电容（在C1和C2之间连接一个2.2μF电容，电容值可增加至4.7μF以改善稳压）
3	C2	-	负模拟飞电容连接（在C1和C2之间连接一个2.2μF电容，电容值可增加至4.7μF以改善稳压）
4	AGND_CP	-	模拟地（电荷泵）
5	AGND	-	模拟地
6	PDB	I	低电平有效电源关断（高电平为正常操作）
7	INR	I	差分正模拟输入（右声道）
8	INBR	I	差分负模拟输入（右声道）
9	OUTR	O	模拟右声道输出。应在OUTR和负载之间放置一个4.7Ω电阻，以提供放大器短路保护
10	NC	NC	新设计中请勿连接此引脚。仅用于旧设计。
11	ANEG	I	负放大器电源输入。使用内部电荷泵时连接到PNEG，并连接一个最小22μF的保持电容到地。增加保持电容值将改善电源稳压，但会增加启动时间。
12	PNEG	O	负电荷泵输出。使用内部电荷泵时连接到ANEG，并连接一个最小22μF的保持电容到地。增加保持电容值将改善电源稳压，但会增加启动时间。使用外部 -3.3V电源时，PNEG悬空。
13	AGND	-	模拟地
14	AVCC_R	-	右声道模拟电源
15	AVCC_L	-	左声道模拟电源
16	NC	NC	新设计中请勿连接此引脚。仅用于旧设计。
17	OUTL	O	模拟左声道输出。应在OUTL和负载之间放置一个4.7Ω电阻，以提供放大器短路保护
18	INBL	I	差分负模拟输入（左声道）
19	INL	I	差分正模拟输入（左声道）
20	OSC	I/O	振荡器输入/输出引脚。正常操作时，引脚20输出电荷泵时钟。当有多个SABRE9601时，OSC引脚可短接在一起以同步时钟并最小化潜在的“拍频效应”。如果OSC引脚接地，电荷泵时钟停止，允许将外部 -3.3V电源连接到ANEG（PNEG应悬空）。也可以将外部时钟连接到OSC引脚，时钟范围应为100kHz至150kHz
-	PAD	-	外露焊盘。连接到模拟接地平面以散热

五、功能描述

5.1 放大器性能

SABRE9601K具有一对CMOS FET输入放大器，在600Ω负载下驱动2Vrms时，总A加权SNR优于122dB。其开环增益远远超过120dB，结合输入级的线性度，是实现 -117dB超低失真性能的关键。需要注意的是，放大器的失真性能远远超过典型的外部无源组件，因此为了实现SABRE9601K指定的THD性能，应确保外部电阻具有非常低的电压电阻系数，例如薄膜电阻。建议所有增益定义组件使用公差为 ±0.1%的薄膜电阻。

5.2 电荷泵

• 低噪声设计：SABRE9601K采用低噪声电荷泵，120kHz的开关频率高于音频频段，不会干扰音频信号。开关由特定顺序的导通和关断晶体管控制，可最大限度地减少咔嗒声和爆音。
• 电容要求：IC需要在引脚C1和C2之间连接一个最小2.2μF的飞电容，以及从PNEG_CP到AGND_CP连接一个最小22μF的保持电容。
• OSC引脚选项：芯片的OSC引脚提供三种连接选项：可以从OSC到地添加电容以减慢振荡器速度（最小100kHz）；可以使用逻辑信号驱动OSC引脚以设置固定频率；也可以将多个SABRE9601芯片的OSC引脚连接在一起，迫使它们同步运行。

5.3 电荷泵电容选择

为了获得最佳性能，应使用等效串联电阻（ESR）小于100mΩ的电容。低ESR陶瓷电容可最小化电荷泵的输出电阻。在扩展温度范围内，为了获得最佳性能，应选择具有最小X5R电介质的电容，X7R电介质更为优选。通过将引脚20接地可以禁用电荷泵，从而降低 +3.3V电源的静态电流。在使用外部 -3.3V电源时，建议禁用电荷泵。

5.4 飞电容和保持电容

• 飞电容（C4）：飞电容（C4）的值会影响电荷泵的负载稳压和输出电阻。C4值过小会降低设备提供足够电流驱动的能力，导致输出电压损失。适当增加C4的值可以在一定程度上改善负载稳压并降低电荷泵的输出电阻。对于C4，建议使用低ESR陶瓷或电解电容。如果使用电解电容，必须注意正确的极性。当使用外部 -3.3V电源并通过将OSC引脚接地禁用内部振荡器时，可以消除飞电容C4。
• 保持电容（C2）：保持电容的值和ESR直接影响PNEG_CP处的纹波。对于C2，应使用最小22μF的低ESR电容，并选择正确的电压额定值。C2可以是陶瓷或电解电容，如果使用电解电容，必须注意正确的极性。增加保持电容的值将改善稳压，但会增加启动时间。

5.5 放大器增益

SABRE9601K的推荐增益设置为0dB（单位增益）。当与ES901xK2M配合使用时，仅需要RF电阻。由于RIN是等效DAC输出阻抗，因此RF的推荐值为806Ω，这样可以获得最佳的动态范围（DNR）。

5.6 驱动低阻抗负载

为了驱动16Ω负载，需要使用外部 -3.3V电源并禁用内部电荷泵。需要一个外部低噪声电源来提供16Ω负载所需的高电流。应将引脚20接地以停止振荡器，PNEG悬空，并将外部 -3.3V电源连接到ANEG，并使用一个最小22μF的去耦电容。为了防止启动和关闭时的咔嗒声/爆音，+3.3V和 -3.3V电源应按顺序供电。在连接或断开 -3.3V外部电源之前，+3.3V电源必须开启并保持开启状态。

5.7 补偿组件

为了获得最佳性能，在SABRE9601K的所有配置中都应包含以下电容：C1和C6与匹配网络C3和C5一起控制SABRE9601K的带宽。这些补偿电容应具有低温度系数，推荐使用NP0/C0G类型。

5.8 短路保护

为了在短路条件下保护SABRE9601K，应在每个输出（OUTL和OUTR）串联一个4.7Ω电阻。

六、应用电路与性能曲线

6.1 应用电路

文档中提供了将ES9018K2M双SABRE DAC连接到SABRE9601K耳机驱动器的原理图，为实际应用提供了参考。

6.2 性能曲线

文档展示了一系列典型性能曲线，包括DNR FFT、THD+N FFT、IMD FFT、频率响应、串扰与频率关系等。这些曲线是使用ESS的评估板生成的，测量时使用了Audio Precision音频分析仪。需要注意的是，图中的所有测量值都包含了测试设备以及评估板上ES9018K2M DAC的误差。尽管这些误差非常小，但在测量像SABRE9601K这样的先进耳机放大器时，它们会对测量结果产生一定影响。因此，特性曲线中显示的参数值与表格中的值相比会略有下降，因为表格中的值是在接近理想条件下测量计算得出的。

七、电气特性

7.1 绝对最大额定值

参数	额定值
正电源电压（AVCC_L, AVCC_R, AVCC_CP）	相对于GND为 +4.7V
负电源电压（ANEG & PNEG_CP）	相对于GND为 -4.7V
输入电压（INL, INBL, INR, INBR）	ANEG < VIN < AVCC
差分输入电压（INL, INBL, INR, INBR）	ANEG < VDiff < AVCC
输出短路到GND（OUTL, OUTR）	使用4.7Ω保护电阻时可连续短路
存储温度范围	-65°C至 +150°C
工作结温	+125°C
数字输入引脚电压范围	-0.3V至DVCC + 0.3V
ESD保护人体模型（HBM）机器模型（MM）	2000V 200V

7.2 推荐工作条件

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
工作温度范围	TA		-20°C		+70°C	°C
电源电压	AVCC_CP、AVCC_L、AVCC_R		+3.2V	+3.3V	+3.4V	V
静态电流（注1）		输入空闲，输出空载，内部振荡器，所有外部电源电压处于标称中心值		5.6mA	9mA	mA
待机电流（注2）		PDB保持低电平			< 5μA	μA
模拟电源电流（+3.3V）	ISY	负载电阻32Ω		49mA		mA
输出电压（注3）		32Ω负载上800mVrms正弦波产生20mW输出		800mVrms @ 1kHz

7.3 直流电气特性

符号	参数	最小值	最大值	单位
VIH	高电平输入电压	1.4		V
VIL	低电平输入电压		0.4	V
IB	输入偏置电流（INL, INBL, INR, INBR）	-1.0	+1.0	nA
VOS	输出失调电压（OUTL到OUTR，无直流输入）	-2.0	+2.0	mV

7.4 模拟性能

在不同测试条件下，SABRE9601K展现出了出色的模拟性能，如高信噪比、低总谐波失真加噪声和良好的电源抑制比等。具体参数可参考文档中的表格。

八、封装与焊接

8.1 20引脚QFN机械尺寸

文档提供了20引脚QFN封装的详细机械尺寸信息，包括各个尺寸的最小值、标称值和最大值，为PCB设计提供了准确的参考。

8.2 20引脚QFN焊盘图案

给出了20引脚QFN焊盘图案的示例，并提供了相关注意事项，如热过孔的直径、焊盘圆角处理、焊盘定义和过孔处理等，有助于确保焊接质量。

8.3 回流焊工艺考虑

对于无铅焊接，回流焊工艺的表征和优化是需要考虑的最重要因素。无铅合金焊料的熔点为217°C，需要最低235°C的回流温度以确保良好的润湿性。最大回流温度在245°C至260°C范围内，具体取决于封装尺寸。这使得无铅焊接的工艺窗口缩小至10°C至20°C。为了确保成功的无铅组装过程，开发最佳的回流曲线至关重要。影响最佳热曲线开发的主要因素包括组装的尺寸和重量、组件的密度、大小组件的混合以及所使用的焊膏化学性质。回流曲线的测量需要将校准的热电偶牢固地附着在设备以及电路板上的其他关键位置，以确保所有组件都被加热到高于最低回流温度，并且较小的组件不会超过最大温度限制。ESS研究和推荐的回流曲线基于JEDEC/IPC标准J-STD-020修订版D.1。同时，文档还给出了手动焊接的相关要求，允许最多进行2次手动焊接，最大温度为350°C，时间不超过3秒。

九、订购信息与修订历史

9.1 订购信息

部件编号	描述	封装
SABRE9601K	Sabre耳机放大器	20引脚QFN

9.2 修订历史

文档记录了SABRE9601K数据手册的修订历史，包括每次修订的日期和主要内容，方便用户了解产品的改进和发展过程。

十、总结

SABRE9601K耳机驱动器以其卓越的性能、先进的技术和实用的设计特性，成为了音频设备领域的理想选择。无论是对于音频发烧友还是电子工程师来说，它都具有很大的吸引力。在实际应用中，工程师们需要根据具体的设计需求，合理选择和使用该驱动器，并注意其引脚连接、电容选择、电源供应和焊接工艺等方面的要求，以充分发挥其性能优势。同时，随着音频技术的不断发展，我们也期待ESS TECHNOLOGY能够推出更多优秀的音频产品，为音频市场带来更多的惊喜。你在使用SABRE9601K耳机驱动器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。