探索MAX9713/MAX9714：6W無濾波器擴頻單聲道/立體聲D類放大器

在音頻功率放大器的領域中，MAX9713和MAX9714這兩款來自MAXIM的產品憑借其出色的性能脫穎而出。作為電子工程師，深入了解它們的特性、工作模式以及應用中的要點，對于優化音頻系統設計至關重要。

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一、器件概述

性能特點

MAX9713是單聲道放大器，MAX9714是立體聲放大器。它們結合了AB類放大器的性能和D類放大器的效率，具有高達85%的效率，能夠輸出高達6W的功率。同時，采用了獨特的無濾波器調制方案和擴頻開關模式，減少了電路板空間，也無需龐大的散熱片。

技術優勢

• 低噪音設計：差分輸入架構可減少共模噪聲拾取，能在無輸入耦合電容的情況下使用，還可配置為單端輸入放大器。
• 綜合保護功能：具備短路和熱過載保護，能防止設備在故障條件下受損。
• 低功耗模式：具有低功耗關機模式，關機電流低至0.2μA，可有效延長電池壽命。

二、工作模式

固定頻率調制（FFM）模式

MAX9713/MAX9714有三種不同開關頻率的FFM模式。在該模式下，D類輸出的頻譜由基本開關頻率及其相關諧波組成。若諧波頻率落入敏感頻段，可將開關頻率改變±35%，且不影響音頻再現。

擴頻調制（SSM）模式

此模式通過設置FS1 = FS2 = H啟用。在SSM模式下，開關頻率會在中心頻率（335kHz）周圍隨機變化±1.7kHz，能使寬帶頻譜成分變平，改善揚聲器和電纜可能輻射的EMI輻射。

三、效率與功耗

效率優勢

傳統線性放大器理論最佳效率為78%，但僅在峰值輸出功率時表現出來，正常工作時效率會降至30%以下。而MAX9714在相同條件下仍能保持>80%的效率。

低功耗關機

通過將SHDN引腳拉低，可使設備進入低功耗（0.2μA）關機模式；將SHDN連接到邏輯高電平，則可恢復正常運行。

四、功能特性

咔嗒聲和爆破聲抑制

MAX9713/MAX9714具備全面的咔嗒聲和爆破聲抑制功能，可消除啟動和關機時的可聽瞬變。在關機狀態下，H橋通過300kΩ電阻拉至地；啟動時，輸入放大器靜音，內部環路將調制器偏置電壓設置到正確電平，隨后通過軟啟動功能逐漸解除輸入放大器的靜音。為獲得最佳性能，軟啟動電容CSS應至少為0.18μF。

靜音功能

該系列產品具有無咔嗒聲/無爆破聲的靜音模式。當設備靜音時，輸出停止切換，使揚聲器靜音。靜音功能僅影響輸出狀態，不關閉設備。可通過MOSFET下拉將SS引腳驅動至地來實現靜音，在電源開啟/關閉或關機/開啟周期中驅動SS至地可優化咔嗒聲和爆破聲抑制。

五、應用信息

無濾波器操作

傳統D類放大器需要輸出濾波器來恢復音頻信號，這增加了成本和解決方案尺寸，還可能降低效率。而MAX9713/MAX9714無需輸出濾波器，依靠揚聲器線圈的固有電感以及揚聲器和人耳的自然濾波來恢復方波輸出的音頻成分。不過，為了獲得最佳效果，建議使用串聯電感>30μH的揚聲器，串聯電感>60μH時可實現最佳效率。

增益選擇

根據不同的輸入電壓和負載，可通過設置G1和G2引腳來選擇合適的增益，以獲得最大輸出功率。

內部穩壓器輸出（VREG）

MAX9713/MAX9714具有一個6V的內部穩壓器輸出（VREG），為邏輯引腳（G，FS）提供邏輯高電平，簡化了系統設計并降低了成本。但在關機模式下，VREG不可用，且不要將其作為輸入高電壓應用于SHDN引腳或周圍系統組件。需使用6.3V、0.01μF的電容將REG引腳旁路到地。

輸出失調

與AB類放大器不同，D類放大器的輸出失調電壓在施加負載時不會顯著增加靜態電流消耗。例如，在8Ω負載上有8mV的直流失調，在AB類器件中會導致1mA的額外電流消耗，而在D類器件中僅相當于8μW的額外功耗，約為幾微安的額外靜態電流。

六、組件選擇與布局要點

輸入濾波器

輸入電容CIN與MAX9713/MAX9714的輸入阻抗形成一個高通濾波器，可去除輸入信號中的直流偏置。選擇CIN時，應使-3dB點遠低于感興趣的最低頻率，以避免影響放大器的低頻響應。建議使用具有低電壓系數電介質的電容器，如鉭或鋁電解電容器。

電荷泵電容選擇

為獲得最佳性能，應使用等效串聯電阻（ESR）小于100mΩ的電容器。低ESR陶瓷電容器可最小化電荷泵的輸出電阻。在擴展溫度范圍內，建議選擇具有X7R電介質的電容器。

飛跨電容（C1）

飛跨電容（C1）的值會影響電荷泵的負載調節和輸出電阻。C1值過小會降低設備提供足夠電流驅動的能力；增加C1值可在一定程度上改善負載調節并降低電荷泵輸出電阻，但超過1μF后，開關的導通電阻以及C1和C2的ESR將起主導作用。

輸出電容（C2）

輸出電容值和ESR直接影響CHOLD引腳的紋波。增加C2可降低輸出紋波，降低C2的ESR可同時降低紋波和輸出電阻。在最大輸出功率較低的系統中，可使用較低電容值的電容器。

輸出濾波器

雖然MAX9713/MAX9714無需輸出濾波器，且能通過36cm無屏蔽揚聲器電纜的FCC輻射標準，但在因電路板布局、電纜長度導致輻射發射不達標或電路靠近EMI敏感設備時，可使用輸出濾波。對于高于10MHz的輻射頻率，可使用鐵氧體磁珠濾波器；對于低于10MHz的輻射頻率或放大器與揚聲器之間連接較長引線時，可使用LC濾波器。

電源旁路與布局

正確的電源旁路可確保低失真操作。為獲得最佳性能，應使用0.1μF的電容器將VDD引腳盡可能靠近地旁路到PGND。同時，需根據應用和電源特性添加額外的大容量電容。AGND和PGND應采用星形連接到系統地。

七、總結

MAX9713和MAX9714以其高效、低噪音、多功能等特性，為音頻系統設計提供了優秀的解決方案。電子工程師在設計過程中，需根據具體應用需求，合理選擇工作模式、增益設置以及組件參數，并注意布局和電源旁路等要點，以充分發揮這兩款放大器的性能優勢，打造出高品質的音頻產品。你在使用類似放大器時遇到過哪些挑戰呢？歡迎在評論區分享。