MAX9788：用于陶瓷揚聲器驅動的Class G放大器

在電子設備的音頻系統中，揚聲器驅動電路起著至關重要的作用。今天我們來詳細探討一款優秀的陶瓷揚聲器驅動芯片——MAX9788。

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一、產品概況

MAX9788是Maxim公司推出的一款單聲道Class G功率放大器，它集成了反相電荷泵電源，專門用于驅動陶瓷揚聲器的高電容負載。其電荷泵能夠在5.5VDC時提供超過700mA的峰值輸出電流，保證了14VP - P的輸出。這使得它在為陶瓷揚聲器提供高輸出電壓擺幅方面具有顯著優勢。

該芯片具有高性能效率，能夠最大程度地延長電池壽命。其專有的Class G輸出級在提供比Class AB設備更高效率的同時，還避免了Class D放大器常見的EMI問題。此外，MAX9788還采用了全差分輸入和輸出、全面的咔嗒聲和爆裂聲抑制、關機控制以及軟啟動電路等設計。芯片工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C ，有小巧的無鉛28引腳TQFN（4mm x 4mm）或20焊球WLP（2mm x 2.5mm）封裝可供選擇。

二、關鍵特性

集成電荷泵電源

無需電感，簡化了電路設計。電荷泵能在2.7V至5.5V的單電源下工作，滿足了大多數便攜式設備的電源要求。

高電壓擺幅

可向壓電揚聲器提供14VP - P的電壓擺幅，能驅動陶瓷揚聲器輸出足夠的音量。

無咔嗒聲和爆裂聲操作

采用了先進的抑制技術，在啟動和關機過程中能有效消除可聽的瞬態噪聲，提供更純凈的音頻輸出。

高效散熱封裝

4mm x 4mm 28引腳TQFN和2mm x 2.5mm 20焊球WLP封裝不僅尺寸小巧，還具有良好的散熱性能，有助于提高芯片的穩定性。

三、電氣特性

電源相關特性

• 電源電壓范圍：2.7V至5.5V，具有較寬的電源適應性。
• 靜態電流：典型值為8mA，在關機模式下，電流可低至0.3μA，有效降低了功耗。
• 啟動時間：從關機或上電到完全工作的時間為50ms，響應速度較快。

  音頻性能特性

• 輸出失調電壓：在不同溫度下有不同的指標，如在TA = + 25°C時，典型值為±3mV。
• 咔嗒聲和爆裂聲水平：以dBV為單位衡量，表現優秀，例如在特定測試條件下為 - 67dBV。
• 電壓增益：典型值為12dB，可根據實際需求進行調整。
• 輸出功率：在不同電源電壓和負載條件下有不同的輸出功率，如在VCC = 5V、1% THD + N、f = 1kHz、RL = 8Ω時，輸出功率可達2.4W。
• 電源抑制比（PSRR）：在不同頻率下表現良好，如在f = 217Hz、200mV P - P紋波時，PSRR可達77dB。
• 總諧波失真加噪聲（THD + N）：在不同輸出電壓和負載條件下，THD + N值較低，如在ZL = 1μF + 10Ω、VOUT = 1kHz / 1.9V RMS時，THD + N僅為0.002%。
• 信噪比（SNR）：在VOUT = 5.1V RMS 、A加權時，SNR可達108dB，保證了清晰的音頻信號。

四、典型應用

驅動陶瓷揚聲器

在現代手機等對厚度有嚴格要求的設備中，陶瓷揚聲器因其體積小巧而得到廣泛應用。但陶瓷揚聲器具有較大的電容特性，需要高的峰 - 峰值電壓驅動。MAX9788正好滿足了這一需求，其高電荷泵電流限制能夠在20kHz內實現平坦的頻率響應，同時保持高輸出電壓擺幅。在實際應用中，建議在放大器輸出和陶瓷揚聲器負載之間使用10Ω的串聯電阻，以確保在高頻時放大器輸出端有一定的固定電阻，防止揚聲器短路放大器輸出。

多種音頻設備

該芯片適用于各種音頻設備，如智能手機、個人媒體播放器、MP3播放器、手持游戲機、筆記本電腦等。其全差分輸入配置使其與許多編解碼器兼容，并且相比單端輸入放大器具有更好的抗噪聲能力。

五、器件工作原理

Class G工作模式

MAX9788的Class G放大器是一種線性放大器，可在低（VCC到GND）和高（VCC到SVSS）電源范圍內工作。對于小信號，器件在較低的電源范圍內工作，類似于傳統的單電源Class AB放大器；當輸出信號增大，需要更寬的電源時，器件會轉換到更高的電源范圍工作。在轉換過程中，為了確保無縫過渡，兩個較低的晶體管會同時導通。這種工作模式使得MAX9788在5V電源下能夠實現20VP - P的輸出擺幅。

反相電荷泵

芯片集成了一個帶有反相電源軌的電荷泵，能夠在2.7V至5.5V的正電源范圍內提供超過700mA的電流。電荷泵產生的負電源軌（PVSS）為器件提供了更高的電源范圍，使得器件在電池供電時隨著電池電量下降仍能保持較大的動態范圍。

關機模式

通過將SHDN引腳拉低，可將MAX9788置于低功耗（0.3μA）的關機模式，連接SHDN到VCC則可實現正常工作，有效延長了電池壽命。

咔嗒聲和爆裂聲抑制

在啟動過程中，芯片的咔嗒聲和爆裂聲抑制電路能夠消除器件內部的任何可聽瞬態源，提供更純凈的音頻體驗。

六、元件選擇建議

輸入耦合電容

AC耦合電容（CIN）和輸入電阻（RIN）構成了高通濾波器，用于去除輸入信號中的直流偏置。為了使 - 3dB點與陶瓷揚聲器的低頻響應相匹配，需要選擇合適的CIN_值。建議使用鋁電解、鉭或薄膜介質電容器等低電壓系數介質的電容器，以減少低頻失真。

電荷泵電容

• 飛跨電容（C1）：推薦使用4.7μF的電容。其值會影響電荷泵的負載調整率和輸出電阻，過小的值會降低器件提供足夠電流驅動的能力。
• 保持電容（C2）：建議使用10μF的電容。其值和ESR直接影響PVSS處的紋波，增大C2或降低其ESR可減少紋波和輸出電阻。

  電荷泵頻率設置電阻（RFS）

  推薦使用100kΩ的電阻。電荷泵有慢模式和正常模式，當負載低于100mA時工作在慢模式，振蕩頻率降至正常頻率的1/4。在對電荷泵振蕩頻率敏感的應用中，可通過改變RFS的值來調整振蕩頻率。

  串聯負載電阻

  為了防止陶瓷揚聲器在高頻時短路MAX9788的輸出，建議使用大于10Ω的串聯負載電阻。它與陶瓷揚聲器構成低通濾波器，可根據揚聲器的近似電容值設置濾波器的截止頻率。

綜上所述，MAX9788憑借其出色的性能和豐富的特性，為陶瓷揚聲器驅動提供了一個理想的解決方案。在實際設計中，合理選擇元件并根據具體應用需求進行調整，能夠充分發揮該芯片的優勢，為音頻系統帶來更好的性能表現。大家在使用MAX9788進行設計時，有沒有遇到過一些獨特的問題呢？歡迎在評論區分享交流。