D类音频功率放大器MAX9700／MAX9712及其应用

文章摘要：0 引言MAX9700／MAX9712是采用全差分结构和全桥输出的新一代D类音频功率放大器，可提供通常只有AB类放大器才具有的高性能，同时还具有完备的咔嗒声与噼啪声抑制电路。该器件具有高达72DB的电源抑制比(PSRR)、0.01％总谐波失真及噪声(THD+N)以及高于90 dB的SNR，其短路与过热保护功能可使该器件在故障条件下免于损坏。而其2.5～5.5 V的宽电压范围则可方便地与各种电压标准的微处理器进行连接。MAX9712能够以高于85％的效率为8 Ω负载提供0.5 W的功率，MAX9700的转换效率更可达到90％以上，可为8 Ω负载提供1.2 W的功率。此外，它们的静态电流只有4 m

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0 引言

MAX9700／MAX9712是采用全差分结构和全桥输出的新一代D类音频功率放大器，可提供通常只有AB类放大器才具有的高性能，同时还具有完备的咔嗒声与噼啪声抑制电路。该器件具有高达72DB的电源抑制比(PSRR)、0.01％总谐波失真及噪声(THD+N)以及高于90 dB的SNR，其短路与过热保护功能可使该器件在故障条件下免于损坏。而其2.5～5.5 V的宽电压范围则可方便地与各种电压标准的微处理器进行连接。MAX9712能够以高于85％的效率为8 Ω负载提供0.5 W的功率，MAX9700的转换效率更可达到90％以上，可为8 Ω负载提供1.2 W的功率。此外，它们的静态电流只有4 mA，低功耗关断模式下仅为0.1μA。MAXIM专有的低EMI调制方案省去了传统的D类输出滤波器，同时抛弃了笨重的散热器，从而有效节省了电路板空间，延长了电池寿命。

1 MAX9700／MAX9712的原理及功能特点

1.1 工作原理

图1是MAX9700／MAX9712的引脚排列图。图2为MAX9700／MAX9712的功能结构简图。图2中，差分音频信号由比较器输入，经D类调制后通过H桥放大输出。其工作原理是通过比较器监视MAX9700／MAX9712的输入，并将互补输入电压与锯齿波进行比较。当锯齿波输入幅度超出相应的比较器输入电压时，比较器输出翻转。两个比较器在第二个比较器输出跳变的上升沿后经过一段固定时间后复位，从而在第二个比较器的输出端产生一个脉宽最小的脉冲。这样，当输入电压增大或减小时，如果一个输出脉冲持续时间增加，而另一个输出脉冲持续时间保持不变，那么，扬声器两端的净电压将发生变化。

1.2 调制方式选择

MAX9700／MAX9712具有两种工作模式：固定频率调制(FFM)模式和扩频调制(SSM)模式。MAX9700／MAX9712具有两种FFM方式。当SYNC=GND时，开关频率为1.1 MHz；而SYNC=FLOAT时，开关频率为1.45 MHz。在FFM模式下，D类输出频谱由开关频率基波及其相关谐波组成。MAX9712允许开关频率有+32％的变化。而MAX9700／MAX9712的扩频模式将展宽频谱成分，并可使得通过扬声器或电缆的EMI辐射降低3dB。SYNC=GND时，器件设置为SSM模式。在SSM模式下，开关频率在中心频率1.22 MHz附近随机变化±120 kHz，此时能量将分散到随频率增长的整个频宽上。此时虽然调制方案不变，但锯齿波的频率会随周期改变，其能量将分散到随频率增长的整个频带宽度中，而不是将大量频谱能量集中在开关频率的倍频处。实际上，在高于几MHz的频带上，EMI等效于宽带频谱的白噪声。这种方法与传统方案相比，采用扩频模式可使辐射指标改善5 dB。

1.3 无滤波调制／共模空闲方式

由于MAX9700／MAX9712独有的调制方案可以省去传统D类放大器所需的LC滤波器，因而可提高效率并降低成本。因为在无信号输入时，传统D类放大器的输出占空比为50％的方波，这样，如没有滤波器，则会产生直流电压并形成负载电流而使功耗增大。而MAX9700／MAX9712则采用差分方式驱动扬声器，两路输出可相互抵消，因而在空闲模式下，其扬声器两端的净电压为0，故可降低功耗。

1.4 关断

将SHDN引脚置低时，MAX9700／MAX9712进入低功耗(0.1μA)关断模式，该模式可延长电池寿命。而在标准模式下，该引脚应连至VDD。

1.5 咔嗒声与噼噗声抑制

MAX9700／MAX9712具有完备的咔嗒声与噼噗声抑制功能，可在启动与关断时消除瞬态噪声。关断时，H桥为高阻态；而在启动或上电时，输入放大器为静音状态，然后在启动35 ms后，软启动电路解除输入放大器的静音状态。

1.6 低EMI调制结构

MAX9700／MAX9712可以利用独特的调制结构以D类效率提供AB类放大器的性能，而且占用电路板空间很小。MAX9712可为8 W负载提供500mW的功率，MAX9700能够为8 W负载提供高达1.2 W的功率。这两种放大器内部有两路比较器对其输入进行监视，并将互补输入电压与锯齿波进行比较。当锯齿波输入幅度超出相应的比较器输入电压时，比较器输出翻转。当输入电压增大或减小时，第一个跳变的比较器输出脉冲的持续时间增加，而另一个比较器跳变后输出脉冲的持续时间为tON。一般对于一定的输入信号电平，比较器输出是一个脉宽调制的方波信号，其周期由锯齿波振荡器的频率决定，PWM信号用于控制H桥驱动器，以打开或者关闭状态相反的一对MOSFET，从而使扬声器两端的净电压(VOUT+-VOUT-)随输入信号发生变化，以便有效采集音频输入。放大器的动态范围由噪声幅度和锯齿波信号幅度决定。

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