探索MAX9759：高效低噪的濾波less類D音頻放大器

在音頻放大器的領(lǐng)域中，如何在保證音質(zhì)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高效、低電磁干擾（EMI）以及小型化設(shè)計(jì)，一直是工程師們追求的目標(biāo)。今天，我們就來深入探討一款由Maxim推出的高性能音頻放大器——MAX9759。

文件下載：MAX9759.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX9759是一款單聲道類D音頻功率放大器，它結(jié)合了AB類放大器的音質(zhì)和D類放大器的高效率，無需散熱片，還能有效延長電池續(xù)航。該放大器可向4Ω負(fù)載提供高達(dá)3.2W的連續(xù)功率，效率超過90%。其采用的下一代低EMI調(diào)制方案，使放大器無需外部LC濾波器就能滿足FCC EMI輻射發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)。

二、核心特性

（一）高效能輸出

• 功率強(qiáng)勁：能在4Ω負(fù)載（THD + N = 10%）下輸出3.2W功率，滿足多種音頻設(shè)備的需求。
• 超高效率：在特定條件下，效率可達(dá)92%，大大降低了能耗。

（二）低EMI設(shè)計(jì)

• 獨(dú)特調(diào)制：具備固定頻率調(diào)制（FFM）和擴(kuò)頻調(diào)制（SSM）兩種模式。SSM模式可平抑寬帶頻譜分量，降低因調(diào)制頻率產(chǎn)生的EMI輻射。
• 同步功能：振蕩器可通過SYNC輸入與外部時(shí)鐘同步，開關(guān)頻率范圍為1000kHz - 1600kHz，方便工程師進(jìn)行頻率規(guī)劃。

（三）優(yōu)質(zhì)音頻性能

• 高PSRR：在1kHz時(shí)PSRR高達(dá)81dB，有效抑制電源紋波對(duì)音頻信號(hào)的干擾。
• 低失真：THD + N低至0.02%，確保輸出純凈的音頻信號(hào)。
• 高SNR：信噪比超過90dB，讓聲音更加清晰。

（四）豐富功能特性

• 增益可選：提供四種可選增益設(shè)置（6dB、12dB、18dB、24dB），可根據(jù)實(shí)際需求靈活調(diào)整。
• 靜音與關(guān)機(jī)：具備靜音和低功耗關(guān)機(jī)模式，關(guān)機(jī)電流僅為10μA，節(jié)省能源。
• 保護(hù)機(jī)制：擁有短路和熱過載保護(hù)功能，確保設(shè)備在異常情況下的安全。

三、工作模式解析

（一）固定頻率調(diào)制（FFM）模式

通過設(shè)置SYNC引腳，可選擇1.1MHz或1.5MHz的開關(guān)頻率。在該模式下，類D輸出的頻譜由基本開關(guān)頻率及其諧波組成。工程師可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整開關(guān)頻率，避免諧波落入敏感頻段。

（二）擴(kuò)頻調(diào)制（SSM）模式

當(dāng)SYNC引腳接VDD時(shí)，進(jìn)入SSM模式。此模式下，開關(guān)頻率在1.2MHz中心頻率附近±70kHz范圍內(nèi)變化，將頻譜能量分散，降低了峰值能量，改善了EMI輻射。

（三）外部同步與級(jí)聯(lián)

• 外部同步：SYNC功能允許將開關(guān)諧波的頻譜分量分配到不敏感頻段，并與系統(tǒng)時(shí)鐘同步，實(shí)現(xiàn)全同步系統(tǒng)。
• 級(jí)聯(lián)功能：SYNC_OUT功能可實(shí)現(xiàn)多個(gè)Maxim類D放大器的級(jí)聯(lián)和頻率鎖定，減少音頻頻譜內(nèi)的拍頻和互調(diào)失真。

（四）無濾波調(diào)制與共模空閑

MAX9759采用獨(dú)特的調(diào)制方案，無需傳統(tǒng)類D放大器所需的LC濾波器。在無輸入信號(hào)時(shí)，其輸出相互抵消，負(fù)載上無凈電壓，功耗極低。

四、電氣特性分析

（一）電源與電流

• 電源范圍：工作電壓范圍為3.0V - 5.5V，適用于多種電源系統(tǒng)。
• 靜態(tài)電流：靜態(tài)電流低至8.4mA，關(guān)機(jī)電流僅為0.1μA - 10μA，有效降低功耗。

（二）音頻性能參數(shù)

• 失真與噪聲：在不同負(fù)載和功率下，THD + N和SNR表現(xiàn)優(yōu)異，確保了高音質(zhì)輸出。
• 效率表現(xiàn)：在特定條件下，效率可達(dá)92%，體現(xiàn)了類D放大器的高效優(yōu)勢。

（三）數(shù)字輸入特性

SYNC、G1、G2、SHDN和MUTE等數(shù)字輸入引腳具有明確的高低電平閾值，方便與其他數(shù)字電路接口。

五、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）無濾波操作

傳統(tǒng)類D放大器需要輸出濾波器來恢復(fù)音頻信號(hào)，而MAX9759在短揚(yáng)聲器電纜情況下無需輸出濾波器。它依靠揚(yáng)聲器線圈的固有電感以及揚(yáng)聲器和人耳的自然濾波作用來恢復(fù)音頻信號(hào)，減少了成本和體積，提高了效率。不過，為避免揚(yáng)聲器受損，建議使用串聯(lián)電感在10μH - 100μH范圍內(nèi)的揚(yáng)聲器。

（二）功率轉(zhuǎn)換效率

與AB類放大器不同，MAX9759的輸出失調(diào)電壓在加載時(shí)不會(huì)顯著增加靜態(tài)電流消耗，體現(xiàn)了類D放大器在功率轉(zhuǎn)換方面的優(yōu)勢。

（三）輸入放大器配置

• 差分輸入：采用差分輸入架構(gòu)，可有效降低共模噪聲，且無需輸入耦合電容。
• 單端輸入：也可配置為單端輸入放大器，通過電容耦合實(shí)現(xiàn)。
• 直流耦合輸入：輸入放大器可接受直流耦合輸入，但會(huì)失去電容的低頻抑制作用。

（四）元件選擇

• 輸入濾波器：輸入電容與輸入阻抗構(gòu)成高通濾波器，應(yīng)選擇合適的電容值，確保-3dB頻率低于感興趣的最低頻率。
• 輸出濾波器：在短揚(yáng)聲器電纜情況下無需輸出濾波器，但在輻射發(fā)射成為問題時(shí)，可使用LC濾波器。

（五）電源旁路、布局與接地

• 電源旁路：使用0.1μF電容對(duì)VDD和PVDD進(jìn)行旁路，確保低失真運(yùn)行。
• 布局設(shè)計(jì)：采用寬而低電阻的輸出走線，提高功率傳輸效率和散熱性能。
• 接地處理：GND和PGND應(yīng)星型連接到系統(tǒng)地。

（六）立體聲配置與音量控制

• 立體聲配置：兩個(gè)MAX9759可配置為立體聲放大器，通過SYNC和SYNC_OUT引腳同步開關(guān)頻率，減少拍頻和串?dāng)_。
• 音量控制：可在差分輸入之間連接電位器實(shí)現(xiàn)音量控制，改善瞬態(tài)性能。

六、總結(jié)

MAX9759以其高效、低EMI、無濾波等特性，成為音頻放大器領(lǐng)域的佼佼者。它在音質(zhì)、效率和設(shè)計(jì)靈活性方面都表現(xiàn)出色，適用于手機(jī)、筆記本電腦、便攜式DVD播放器等多種音頻設(shè)備。作為電子工程師，我們可以充分利用其豐富的功能和特性，設(shè)計(jì)出更加優(yōu)秀的音頻系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過類似放大器的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)？你又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。