探索MAX9791/MAX9792：Windows Vista兼容的音頻放大器解決方案

最近在音頻放大器的選型和設計中，我對Maxim推出的MAX9791/MAX9792這兩款芯片進行了深入研究。這兩款芯片不僅滿足了Windows Vista Premium的標準，還在多個方面展現出了卓越的性能和創新的設計，特別適合應用于筆記本電腦、平板電腦和便攜式多媒體播放器等設備中。今天就和大家分享一下我對這兩款芯片的了解和使用心得。

文件下載：MAX9791.pdf

芯片概述

集成功能

MAX9791集成了立體聲2W D類功率放大器、立體聲180mW DirectDrive耳機放大器以及120mA的低壓差（LDO）線性穩壓器；而MAX9792則將單聲道3W D類功率放大器、立體聲180mW DirectDrive耳機放大器和120mA LDO線性穩壓器集成于一體，高度的集成度使得這兩款芯片在節省電路板空間方面表現出色。

主要特性

• DirectDrive架構：這是Maxim的一項創新技術，能夠在單電源下產生接地參考輸出，無需使用大型直流阻斷電容，從而降低了成本、節省了電路板空間并減小了元件高度。同時，高達107dB的直流電源抑制比（PSRR）和低至0.006%的總諧波失真加噪聲（THD+N），確保了音頻信號的干凈、低失真放大。
• 接地感應功能：該功能可以感應并校正輸出插孔接地與設備信號接地之間的電壓差，有效減少耳機放大器的串擾和接地環路噪聲，特別是在輸出插孔作為線路輸出連接到其他接地設備時，優勢更加明顯。
• 低射頻敏感度：使得放大器能夠在無線應用附近穩定工作，其采用的擴頻調制和有源發射限制電路，不僅降低了電磁干擾（EMI），還在業界領先的咔嗒聲和爆音抑制技術的支持下，消除了上電和關斷周期中的可聽瞬態。
• 喚醒功能：MAX9791/MAX9792的“喚醒嗶聲”功能可以在檢測到合格的嗶聲信號時喚醒揚聲器和耳機放大器，為設備的節能設計提供了便利。
• 獨立控制和保護功能：通過獨立的揚聲器和耳機放大器控制輸入，可以分別對揚聲器和耳機放大器進行關閉操作，同時LDO也可以獨立于音頻放大器進行啟用。此外，芯片還具備熱過載和輸出短路保護功能，提高了設備的可靠性。

技術亮點剖析

D類揚聲器放大器

高效節能

傳統的AB類放大器在正常工作水平下效率往往低于45%，而MAX9791/MAX9792的D類放大器由于輸出級晶體管的開關操作，理論上效率更高。在正常的音樂播放水平下，這兩款芯片的效率可達到67%，相比AB類放大器有了顯著提升。

低EMI輸出級

傳統D類放大器由于上升和下降沿過渡的高dv/dt會導致EMI發射增加，通常需要外部LC濾波器或屏蔽來滿足EMI法規標準，但這會降低效率。而MAX9791/MAX9792的有源發射限制電路可以主動限制上升和下降沿過渡的dv/dt，在保持高達83%效率的同時，有效降低了EMI發射。此外，擴頻調制技術還可以使寬帶頻譜分量更加平坦，減少開關頻率諧波處的峰值能量。

電流限制

當揚聲器放大器的輸出電流超過電流限制（典型值為2A）時，芯片會暫時禁用輸出約100μs，然后重新啟用。如果故障仍然存在，會持續進行禁用和重新啟用操作，直到故障消除，從而保護了芯片和外部設備。

DirectDrive耳機放大器

傳統的單電源耳機放大器通常需要使用大型耦合電容來阻擋直流偏置，否則會導致不必要的功率損耗和可能的設備損壞。而MAX9791/MAX9792采用DirectDrive架構，通過電荷泵產生內部負電源電壓，使耳機輸出能夠以GND為偏置，無需使用大型直流阻斷電容。這樣不僅節省了電路板空間和成本，還改善了耳機放大器的頻率響應。

低噪聲電荷泵

電荷泵的標稱開關頻率為530kHz，超出了音頻范圍，不會對音頻信號產生干擾。開關驅動器的受控開關速度可以最大程度地減少開關瞬變產生的噪聲，同時限制電荷泵的開關速度還可以降低寄生走線電感引起的di/dt噪聲。

設計應用要點

增益設置

揚聲器放大器的增益可以通過外部輸入電阻與內部反饋電阻（RFSPKR）來設置，公式為 (AVSPKR = -4(frac{20 k Omega}{R{IN 1}}) V / V)。例如，當RIN1為20kΩ時，增益為4V/V，即12dB。耳機放大器的增益設置方式類似，使用公式 (A{VHP}= -(frac{40.2 k Omega}{R_{IN 2}}) V / V)，當RIN2為40.2kΩ時，增益為1V/V，即0dB。

電源供應

揚聲器放大器由PVDD供電，電壓范圍為2.7V至5.5V；耳機放大器由HPVDD和CPVSS供電，HPVDD為正電源，范圍同樣是2.7V至5.5V，CPVSS為負電源，由電荷泵將HPVDD電壓反轉得到。AVDD為LDO和芯片的其余部分供電，AVDD和PVDD必須連接在一起。如果啟用LDO，則需要根據電氣特性表中的線性調節行設置AVDD和PVDD。

元件選擇

輸入濾波電容

輸入電容（CIN）與放大器輸入電阻（RIN）組成高通濾波器，用于去除輸入信號中的直流偏置。選擇合適的CIN_值，使 -3dB點遠低于感興趣的最低頻率，同時要選擇電壓系數足夠低的電容，以避免低頻失真。

電荷泵電容

為了獲得最佳性能，應選擇等效串聯電阻（ESR）小于100mΩ的電容。建議使用X7R電介質的陶瓷電容，以確保在擴展溫度范圍內的性能穩定。飛行電容（C1）的電容值會影響電荷泵的負載調節和輸出電阻，應連接一個1μF的電容在C1P和C1N之間。電荷泵輸出電容（C2）和LDO輸出電容（CLDO）也需要根據電壓選項選擇合適的電容值。

可選鐵氧體磁珠濾波器

在揚聲器引線超過15cm的應用中，可以使用由鐵氧體磁珠和接地電容組成的濾波器來提供額外的EMI抑制。選擇鐵氧體磁珠時，應選擇直流電阻低、高頻（> 1.2 MHz）阻抗在100至600Ω之間且額定電流至少為1A的產品。電容值應根據鐵氧體磁珠的選擇和實際揚聲器引線長度進行調整，以優化EMI性能。

布局和接地

正確的布局和接地對于獲得最佳性能至關重要。應使用大走線來連接電源輸入和放大器輸出，以減少寄生走線電阻引起的損耗，并將熱量從芯片中散發出去。良好的接地可以提高音頻性能，減少通道間的串擾，并防止開關噪聲耦合到音頻信號中。PGND和GND應在PCB上的單點連接，并將PGND和所有攜帶開關瞬變的走線遠離GND以及音頻信號路徑中的走線和元件。同時，將電荷泵電容（C1、C2）盡可能靠近芯片放置，并將旁路電容靠近芯片連接。在PCB的頂層或底層為所有信號走線添加接地填充，可以提高芯片的射頻抗干擾能力。

總結

MAX9791/MAX9792以其豐富的功能和出色的性能，為音頻設計提供了一種高效、可靠且節省空間的解決方案。無論是在音頻質量、EMI抑制還是功耗管理方面，這兩款芯片都表現出色。在實際設計中，我們需要根據具體的應用需求，合理選擇元件和進行布局設計，以充分發揮芯片的優勢。大家在使用這兩款芯片的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有一些獨特的設計經驗呢？歡迎在評論區分享交流。