D类放大器高效音频放大器19044.docx

目录1. D类音频功率放大器的发展32. D类放大器高效音频设计原理42.1. D类功放是放大元件处于开关工作状态的一种放大模式52.2. D类功放实际上只具有开关功能-53 D类放大器的数学系统分析-64. D类功率放大器的设计方案-74.1整体框图-84.2三角波发生器的设计-84.3比较器的设计-94.4 H-桥与滤波电路104.5效率分析的数学模型115. 无滤波器双路D类功放MAX9713/9714原理与应用125. 1概述125. 2引脚功能和主要参数135.2.1引脚功能145.2.2主要性能参数145.3电路原理与外围电路设计155.3. 1信号输入电路155.3.2调制模式165.3.3输出电路165.3.4开关机噪声抑制电路166总结17参考文献187.致谢18D类放大器高效音频放大器摘要:在音频功率放大器的市场上，AB类一直处于统治地位。近年来，随着MP3、DVD和 移动电话等便携式消费电子产品的普及，D类音频功率放大器以高效率、低功耗、小体积的 优点日益成为音响领域的主流，在未来便携式和大功率音频视频领域中将具有广阔的发展前 景，因此对高效音频功率放大器的设计具有十分重要的意义。音频放大器已经有快要一个世纪的历史了，从最早的电子管放大器的第一个应用就是音 频放大器。然而直到现在为止，它还在不断地更新、发展、前进。主要因为人类的听觉是各 种感觉中的相当重要的一种，也是最基本的一种。为了满足它的需要，有关的音频放大器就要 不断地加以改进。高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要,在大功率的电子设备中也需要。因 为，功率越大，效率也就越重要。而随着人们的居住条件的改善,高保真音响设备和更高挡的 家庭影院也逐渐开始兴起。在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时， 低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。D类放大器在这些设备中也扮演了极 重要的角色。关键词：高效；音频；D类功放；放大器Abstract: in audio power amplifier market, AB has been in the dominant position. In recent years, along with the MP3, DVD and mobile phones and other portable consumer electronic product popularization, class D audio power amplifier with high efficiency, low power consumption, small volume of the advantages of sound field is increasingly becoming the mainstream in the future, portable and high power audio video field will have broad prospects for development, so the high performance audio power amplifier design has the very vital significance. Audio amplifier has been nearly a century of history, from the earliest electronic tube amplifier is the first application is the audio amplifier. However, until now, it constantly updated, development, advance. Mainly because of human hearing is a variety of the feeling of a kind of quite important, but also one of the most basic. In order to meet its needs, the audio amplifier will continue to be improved. Efficient audio amplifier not only in portable devices need, in the large power electronic devices also need. Because, the power, the efficiency is more important. And as people 's living conditions improve, high-fidelity audio equipment and higher block home theater gradually began to rise. In these devices, often need a few watts even hundreds Watt Audio power. At this time, low distortion, high efficiency audio power amplifier is one of the key components. Class D amplifier in these devices also playsa very important role.Key words: efficient; audio; class D power amplifier; amplifier1. D类音频功率放大器的发展D类工作模式在1959年由Baxandall首先提出，即使用脉冲形式的信号来驱动高速的 功率开关，该脉冲信号一般都是脉宽凋制(PWM)信号，它的低频部分包含了调制信号的信息， 通过一个低通滤波器以后，可以将调制信号重现。从6 0年代起，人们就开始尝试研制D 类放大器，最早是想用真空管来研制D类放大器，但由于受到真空管在电压降和电流能力方 面的限制，降低了放大器的效率，限制了放大器的输出。在60年代后期，双极型晶体管取 代了真空管，此时研制低频高效D类放大器的条件已经成熟，然而由于D类放大器需要在高 频条件下工作，其工作频率至少为20KHz音频频率的45倍，因此在这样的高频下，使用 双极型晶体管会产生连续的开关损耗，这限制了 D类放大器效率的提高。直到1970年金属 氧化物半导体场效应管出现后，满足了 D类放大器对高开关速度和低导通损耗的要求，实现 了高性能的开关器件，这才开发出宽频带D类音频功率放大器，D类音频功率放大器从一经 问世立即显示出其高效、节能、数字化的显著特点，引起了电子工业界的广泛关注。由于现在设计技术的不断提高，D类音频功率放大器的性能得到了突飞猛进的改善，在 音质方面已经逐渐追上了 AB类的性能，这使得其近年来在市场上有极快的发展，根据专业 调研公司的数据，2005年全球D类音频放人器销售总值己达2亿美元以上，2006年增长至 约3.5亿美元，而2008年市场需求将会超过6亿美元，按照这样的增长速度，预计到2010 年将达到10亿左右的规模，发展前景十分乐观。目前D类音频功率放大器市场中的主流产品几乎都来自欧美的各大半导体设计公司， 如美国国家半导体(National)、德州仪器(TI)、美信(Maxim)和Tripath公 司，此外还有欧 洲的意法半导体(ST)、欧胜(Wolfon Micro)和飞利浦(PHILIPS)等，而包括台湾在内的中国 半导体企业都极少有能够与他们竞争的产品。国际方面，首先介绍的是美国的Tripath公司，该公司拥有称为数码功率处理(DPPTM) 的专利技术，此技术采用多种信号处理技术，包括自适应预处理、噪声整形、预失真处理和一£调制电路，进一步减小了失真和噪声，确保了音频高保真性能的同 时也完成了高效率的放大，Tripath公司将基于DPPTM原理设计的放大器称为T类放大器， 该类放人器具有高保真、高效率、体积小、重量轻等特点，该类放大器在推动40hm负载时 功率可达90W，THD+N小于0. 1%，效率高达90%。作为全球D类音频功率放大器行业的领先公司，TI于2005年5月推出较为先进的20W 单声道高功率数字输入D类音频放大器TPA3200D1，该芯片突破传统的模拟输入，向全数字化功放更进一步，该芯片在18V电源电压下推动80hm负载时功率可达20W，THD+N 小于 0. 1%，效率高达85% 以上。另外，NS，ST，PHILIPS，YAMAHA 等公 司也纷纷推出自主设计的D类音频功率放大器，如NS的loM系列，ST的sTA系列，PHILIPS 的TDA系列，YAMAHA的YDA系列等等。国内方面，1998年11月，成都天奥公司发布了具有自主知识产权的D类音频功率放 大器，并于2000年研制出6通道专用芯片DPPC2006，其转换效率达到了 90%以上，目前，该公司数字音频功放IC已广泛应用于DVD、汽车音响、家庭影院和背投电视等 领域。2005年12月，成都华微数字音频功放芯片兀发与模块制造项目己成功通过国家 电子信息发展基金办公室验收，并得到高度评价。同时诸多公司也己开始或者有计划向D 类音频功放芯片化方向投入大量人力与物力，种种迹象表明，近几年，国内公司在D类音 频功率放大器开发方面将作出突破。因此，对D类音频功率放大器的相关技术进行研究具有 非常重要的意义。2. D类放大器高效音频设计原理在音响领域里人们一直坚守着A类功放的阵地。认为A类功放声音最为清新透明，具有 很高的保真度。但是，A类功放的低效率和高损耗却是它无法克服的先天顽疾。B类功放虽 然效率提高很多，但实际效率仅为50%左右，在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电 脑音频系统和专业超大功率功放场合，仍感效率偏低不能令人满意。所以，效率极高的D 类功放，因其符合绿色革命的潮流正受着各方面的重视。由于集成电路技术的发展，原来用 分立元件制作的很复杂的调制电路，现在无论在技术上还是在价格上均已不成问题。而且近 年来数字音响技术的发展，人们发现D类功放与数字音响有很多相通之处，进一步显示出D 类功放的发展优势。2.1. D类功放是放大元件处于开关工作状态的一种放大模式。无信号输入时放大器处于截止状态，不耗电。工作时，靠输入信号让晶体管进入饱和状 态，晶体管相当于一个接通的开关，把电源与负载直接接通。理想晶体管因为没有饱和压降 而不耗电，实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。这种耗电只与管子的特性 有关，而与信号输出的大小无关，所以特别有利于超大功率的场合。在理想情况下，D类功 放的效率为100%，B类功放的效率为78.5%，A类功放的效率才50%或25%（按负载方式而定）。2.2. D类功放实际上只具有开关功能早期仅用于继电器和电机等执行元件的开关控制电路中。然而，开关功能（也就是产生 数字信号的功能）随着数字音频技术研究的不断深入，用与Hi-Fi音频放大的道路却日益畅 通。20世纪60年代，设计人员开始研究D类功放用于音频的放大技术，70年代Bose公司 就开始生产D类汽车功放。一方面汽车用蓄电池供电需要更高的效率，另一方面空间小无法 放入有大散热板结构的功放，两者都希望有D类这样高效的放大器来放大音频信号。其中关 键的一步就是对音频信号的调制。图1是D类功放的基本结构，可分为三个部分：图1 D类功放基本结构 第一部分为调制器，最简单的只需用一只运放构成比较器即可完成。把原始音频信号 加上一定直流偏置后放在运放的正输入端，另通过自激振荡生成一个三角形波加到运放的负 输入端。当正端上的电位高于负端三角波电位时，比较器输出为高电平，反之则输出低电平。 若音频输入信号为零、直流偏置三角波峰值的1/2，则比较器输出的高低电平持续的时间一 样，输出就是一个占空比为1： 1的方波。当有音频信号输入时，正半周期间，比较器输出 高电平的时间比低电平长，方波的占空比大于1： 1;负半周期间，由于还有直流偏置，所 以比较器正输入端的电平还是大于零，但音频信号幅度高于三角波幅度的时间却大为减少， 方波占空比小于1： 1。这样，比较器输出的波形就是一个脉冲宽度被音频信号幅度调制后 的波形，称为 PWM （Pulse Width Modulation 脉宽调制）或 PDM （Pulse Duration Modulation 脉冲持续时间调制）波形。音频信息被调制到脉冲波形中。 第二部分就是D类功放，这是一个脉冲控制的大电流开关放大器，把比较器输出的 PWM信号变成高电压、大电流的大功率PWM信号。能够输出的最大功率有负载、电源电压和 晶体管允许流过的电流来决定。 第三部分需把大功率PWM波形中的声音信息还原出来。方法很简单，只需要用一 个低通滤波器。但由于此时电流很大，RC结构的低通滤波器电阻会耗能，不能采用，必须 使用LC低通滤波器。当占空比大于1： 1的脉冲到来时，C的充电时间大于放电时间，输出 电平上升；窄脉冲到来时，放电时间长，输出电平下降，正好与原音频信号的幅度变化相一 致，所以原音频信号被恢复出来，见图2。图2模拟D类功放工作原理D类功放设计考虑的角度与AB类功放完全不同。此时功放管的线性已没有太大意义， 更重要的开关响应和饱和压降。由于功放管处理的脉冲频率是音频信号的几十倍，且要求保 持良好的脉冲前后沿，所以管子的开关响应要好。另外，整机的效率全在于管子饱和压降引 起的管耗。所以，饱和管压降小不但效率高，功放管的散热结构也能得到简化。若干年前， 这种高频大功率管的价格昂贵，在一定程度上限制了 D类功放的发展。现在小电流控制大电 流的MOSFET已普遍运用于工业领域，特别是近年来UHC MOSFET已在Hi-Fi功放上应用，器 件的障碍已经消除。3 D类放大器的数学系统分析功率放大器的输出呈开关状态，即输出为一方波波形，由傅利叶级数分析知:4VccVo (t)=T"51(Sinwt + 与11Sin3wt + Sin5wt + Sin7 wt +57)(3-1)4Vcc高次谐波经由低通滤波器滤除后，输出信号最大值为兀，因此负载所能得到的最大功率PLm为:Vm 2 _ 8Vcc 2 pm = R 兀% 而电路的平均输入电流为:i = 2Vm = 土av 兀 兀RL电源的输入功率为：P =V Xi = 8VCC 2S CC av 兀 RL由上可知：PLm = PS(3-2)(3-3)(3-4)(3-5)所以D类放大器理想的效率可以达到100%，但是由于元器件并非理想器件，所以器件 中等效电阻会损耗功率，假设功率晶体管的导通电阻为"如，所有其它无源电阻为Rp，滤 波器电阻为RF，负载电阻为R L，其效率为:门OUT =(3-6)SUPPLY2 RON +2 RF + RP + RL晶体管开关损耗：P = foscI2SWITCH 2OUT "on Hof 2 Ron(3-7)f OSC是载波频率，on和'of是功率晶体管的开断时间，考虑电阻损耗和开关损耗，其 效率为：门OUT兰LP + P（2R +2R + R + R ） + f R （t +t ）,、SUPPLY SWITCHON FPL OSC ON on off（3-8）故负载电阻相对其他电阻的比值越大则效率越高。假设CMOS晶体管导通电阻是0.3Q， 则有输出接4Q的喇叭，其效率大概在87%左右；输出接8Q的喇叭，其效率为93%。除了 导通电阻的损耗以外，还有前面提到的开关损耗、偏置电流损耗、输入电容充电损耗等，所 以一般的D类放大器在8Q负载时效率为85%左右。可以看出，D类放大器的效率仍要比目 前市场上广泛采用的AB类放大器效率高很多。输出功率为10W时，D类放大器只需12W左 右的功率，而AB类则需20W左右的功率。故选用D类放大器可节省功耗由以上分析可以看出，D类放大器的效率高达85%左右，这样在相同输出的情况下，就 节省了电源的功率，延长电池的寿命，另外由于D类放大器体积小，容易散热等诸多优点， 正逐渐成为便携式音频设备的主流。4.D类功率放大器的设计方案4.1整体框图D类功放采用脉冲宽度调制（PWM）系统和开关电源供电。音频信号全部信息被调制在 PWM信号的宽度变化中，功率管工作在饱和、截止两种状态，失真小，效率高。其工作原理 是将模拟音频信号经PWM设备调制成数字信号；然后高效功率放大、低频滤波；解调信号后， 驱动扬声器。为适应数字声源直接输出的脉冲编码调制（PCM）输入，一般机内还设置一个 PCM/PWM两种脉冲编程调制的转换装置。本文介绍的D类功放其原理框图如图1所示，包括两部分。第一部分是脉宽调制部分， 输入的模拟信号经电压放大后，与固定频率的三角波相比较，比较器输出宽度被调制的高、 低电平。第二部分是功率放大，PWM信号控制H-桥功率管的通/断，使电能驱动扬声器， 产生声音。蔓一壑典螫l善三畛彗i j图1 口华功械的耕休框图图3图3中的电压放大电路可简单地通过运放来实现，本文不详细讨论，下面主要介绍三 角波发生器、比较器、H-桥等电路。4.2三角波发生器的设计三角波的作用是用来调制音频信号，对此有两方面的要求。其一，调制后的信号可以被 完整地恢复。根据Nyquist采样定理，三角波的频率至少是音频信号最高频率的两倍，人 类听到的声频范围是20Hz20kHz，说明三角波的频率应在40 kHz以上，为确保音频信号的采样，可取三角波的频率 为65 kHz；其二，三角波要有稳定的频率和幅度，否则，调制后的脉宽会产生变形，从而 降低音频输出的信噪比，音质变差，噪声增大。在高频的情况下，产生频率、幅度稳定的三 角波，对一般的波形发生器来说很难实现，本设计选用了台湾凌阳公司的unsp061单片机， 这种单片机的片内有两路DAC，可用其中的一路与图5所示的电路直接相连。产生稳定频率 的三角波。图4电压转换电路图5比较器、Schmitt触发器unsp061单片机输出三角波的软件编程可通过循环语句（或者采用查表法）实现，但 DAC输出的是电流信号，必须用图2所示的同相比例运算电路实现电压转换。其中Rf可调， 以保证三角波的电压变化范围大于放大后信号的电压变化范围。4.3比较器的设计比较器是带一个锁相环的脉宽调制电路，把三角波与音频信号比较，实现两者的调制， 电路如图3所示。调制后的电路与H-桥的门控电路相连，地线被连接到公共地端。为了简单，音频信号以单一正弦信号u 2Usinwt为例来说明PWM信号。如图4所 示，当音频信号大于三角波信号时，比较器输出高电平，当音频信号小于三角波信号时，比 较器输出低电平。值得注意的是：音频信号的幅值不允许大于三角波信号的幅值，否则，结 果是一个错误的PWM信号。如图4所示，PWM信号是一个数字脉冲信号，其脉宽的变化反映信号的全部信息，在 正弦波的正半周时，正脉冲宽，负脉冲窄；反之，正脉冲窄，负脉冲宽；当正负脉冲等宽时， 输入为0。脉冲信号的高、低电平控制H-桥两组功率管的通/断，高/低两值之间的转换快 慢决定两组功率管之间通/断的转换时间，所以，要求PWM信号高/低电平之间的转换时间要 短，否则，输出到扬声器的信号会出现明显的交越失真，降低音频信号的失真度。比较器的 实际输出如图5所示，很显然不符合要求。为了缩短高/低电平的转换时间，在设计中，采 用三个MM74C14 Schmitt触发器来调整比较器输出的波形。MM74C14的特点是磁滞现象和 快速的转换特性。磁滞现象可使电路抗干扰能力增强；快速转换特性可使输出波形得到明显 的改善，改善后的波形如图6所示。如果只采用一片MM74C14，片中的电流大，芯片温度容 易升高，因此，采用三片MM74C14，以减少每个触发器的电流，减少能量消耗，降低运行时 的温度。4.4 H-桥与滤波电路H-桥是由四个MOSFET功率管构成，功率管的通/断由MM74C14输出的PWM信号控制， 从而控制通过扬声器电流的大小和方向，其原理图如图7所示。其中A、B是两组、共四个 高频MOSFET功率管，R、L是扬声器的等效电路，与电容C并联构成低通滤波。当PWM信 号为高电平时，A1、A2导通，B1、B2截止，电流从扬声器的正极流向负极；当PWM信号为 低电平时，A1、A2截止，B1、B2导通，电流从扬声器的负极流向正极。功率管开关的频率 等于PWM信号的频率。整个H-桥和滤波电路运行在大电压、大电流、大功率的环境下，与 第一部分电路的电源无关。在设计中选用LMD18201作为H-桥，如图8所示这种芯片附有 一个散热片，即用来散热，也充当功率地；为了降低噪声，信号地和功率地都通过短且粗的 导线连到散热片。1图'三-Mf BiSraLMD1S2CILP 佶号BOOTSTRAPlDIRECTIONA. GOUT1SIGNAL GNDOUT2PWRGMD畅,声器正撅 扬声爵员极5E H-侨 Hl 盗其中C1是Ta电容，以确保开关时有足够的电流供给H-桥；C2、C3是解耦电容，用 来提高功率管的开关速度。H-桥输出给扬声器的方波是PWM信号的放大，经扬声器的滤波 电路消除声频以上的高频信号，还原音频信号，驱动扬声器。在整个电路中用到三种电压： unsp061单片机的电压是5 V；音频信号的放大电路、比较器采用±10 V的双电源；H-桥 的电压是24 V。若采用常规直流稳压电源的设计，电路复杂、效率低，体积、重量大。由 此，笔者采用开关电源，先把220 V的交流电整流为高压直流电，然后经开关电路的精确 控制分割，产生一种高压、高频的方波，最后经小型变压器变压、整流、滤波后输出所需直 流电。因变压器线圈的匝数与频率成反比，频率越高，匝数越少，这样可以减少电源的重量 和体积。在高频下，用n型滤波可把方波转换为直流电，省略低效率的线性稳压电路，提高 电源的效率。4.5效率分析的数学模型第一部分电路运行在小功率的情况下，效率的高低无关重要，提高效率主要是第二部分 电路，H-桥的四个功率管总是工作在饱和/截止两种状态，在截止状态时，无电流，无能量 消耗；在饱和状态时，内阻很小，等效电路如图9所示。其中RS是功率管的等效电阻，C是 很小的滤波电容，R,L是扬声器的等效电路。II号是单设音频信设该信号被频率是nf的三角波所调制（n32），则PWM信号是频率为nO勺方波，设一个 周期内高电平的占空因数为ai（ai< 1），则低电平的占空因数是1-ai，正弓其频率是f，周期是T,载中电流的波形可近似为PWM波形的放大（L、C很小），其占空因数相同，设其幅度为±IO，则每一个周期T/n中负载的平均电流是:一 1 式中：UCES为功率管内阻上的压降。（兀d/-奶）电源提供的功，式中：EC为负载消耗的功率: 户=（乾-勿CES）肉=（Ec - 2UcesVo 2%. -1电路的效率：-1 上 三由上式可知，功率管的饱和压降越小，效率越高；提高电源电压，可明显提高输出功率， 也可提高效率，但处于安全考虑，只能适度。另外，由于开关信号和电磁干扰信号都要消耗部分能量，所以实际值会略小于理论值。5.无滤波器双路D类功放MAX9713/9714原理与应用MAX9713/MAX9714是Maxim公司最新推出的无滤波器双路。类音频功率放大器。文中 介绍了 MAX9713 / MAX9714的基本性能和主要特点，给出了 MAX9713 / MAX9714的引脚功能和 主要性能参数，同时给出了该器件在音响设备上的应用电路。5. 1概述MAX9713/MAX9714无滤波器D类音频功率放大器是MAXIM公司生 产的开关型功率放大器的改进产品，其中MAX9713是单声道功率放大器，MAX97 14是立体声功率放大器，它们均具有AB类功率放大器的性能和D类功率放大器的效率，且不需要传统D类功率放大器的输出滤波器，也不需要散热器，因而节省了电路板面积，降 低了设计成本°MAX9713/MAX9714器件采用1 0V2 5V单电源电压供 电，静态电流仅为18 mA。在单路工作模式下，该器件可向8Q负载输出高达6W的功 率，且效率高达8 5%，THD + N低于0.07%，SNR超过100dB，同时还具有 短路和过热保护功能。因而可以广泛应用在台式计算机、笔记本电脑、汽车音响、LCD监 视器、投影仪和家用电视接收机等设备中。5. 2引脚功能和主要参数5.2.1引脚功能MAX9713/MAX9714 均采用3 2脚 TQFN 封装，MAX9 7 13 的封装 尺寸为5mmX5mm，MAX9714的封装尺寸为7mmX7mm，其引脚排列如图1 所示，各引脚的功能如下：PGND :电源地；VDD :电源端，电压范围为1 025V；C1N:充放电电容 负极；C1P :充放电电容正极；CHOLD :充放电容控制电容接入端，设计时可用1 M F电容连接到VDD端；NC.:空脚；REG :内部调节器输出端，应使用0.4 7 |j F电容对地旁路；AGND :模拟信号地；IN + :同相输入端：IN 一:反相输入端；S S:软启动端，使用时应在SS端到地GND端接0.4 7|j F的电容；SHDN:关机控 制端，低电平有效；G1，G2 :分别为增益选择1和2端；FS1，FS2 :分别为频率 选择1和2端；OUT:音频信号反相输出端；OUT+ :音频信号同相输出端；INL 一：左通道反相输入端；INL+ :左通道同相输入端；INR 一:右通道反相输入端；I NR + :右通道同相输入端；OUTR :右通道音频信号反相输出端；OUTR + :右通 道音频信号同相输出端；OUTL:左通道音频信号反相输出端；OUTL+ :左通道音 频信号同相输出端。.M言l§+f-g+LM-HIM Mc i-s iIg £g lIM t ilgPGMDPCGDVon Vm C1N C1P CHOLDISJE1EIE112IL11S112JMAX9713回IS1臼囱回回怀1区1PCND PGNDFS1 CHOLD5.2.2王要性能参数MAX9713/MAX97S0叵 PGM)MAX9714+U 9，+兄 LLt o： 由9 fie N NY四回回四EMAX9713/MAX9714的引脚排列图14的王要性能参数。91PCXDVupVnnFS2FS1G2叵GL输入控一 吐制电路厂H型挤式 输出电路OUTL+31JOUTL3°.OLTL-OUTR*输入控LJh型桥我。皿 出虹I制电膝-开美机控制电路MAX9714OCTR-0VTR-输出控制电路5.3电路原理与外围电路设计MAX9714的内部原理框图如图2所示，与MAX9713相比，MAX9714 仅多了一个放大通道，其余部分完全相同。下面以MAX9714为例，简要分析其主要单 元电路的工作原理。5.3.1信号输入电路MAX9713 / MAX9714内部采用全差动输入结构，与多媒体数字解码器输 出兼容，可直接相连。由于MAX9 713/MAX9714采用的是差动输入结构，因而 可有效放大两个输入端的差模信号，同时也可抑制输入信号中的共模噪声。在有些应用场合， 还可设置为单端输入方式，但此时输入信号、公共地到两个输入端之间的耦合电容不能省去。输入电路中的电容CIN既是信号耦合电容，又可与MAX9713/MAX9714 的输入阻抗构成高通滤波器，其电容值的大小直接影响高通滤波器下限截止频率的高低，为 了使放大器具有较好的低频特性，CIN的电容值不能太小，一般取0 .47以F较为合适。 电容CIN宜选用钽电容或铝电解电容，耐压值较高的陶瓷电容虽然也可以使用，但是容易 引起低频失真，所以一般不宜使用。5.3.2调制模式MAX9713/MAX9714的调制方案有固定频率模式 FFM 和扩散频谱 模式 SSM 两种。在固定频率模式 FFM 下，可由FS1和FS2设定开关频率， 其输出信号频谱由开关频率及其谐波成分组成，因此，即使开关频率在标称值的±35%范 围内变化，也不会影响电路对音频信号的再现。扩散频谱模式SSM 是Maxim公司独有的、具有专利技术的调制方案，可使输 出信号频谱变得较为平坦，并能有效降低扬声器和连接电缆的EMI辐射满足FCC辐射标 准。在SSM模式（通过置FS1=FS2=H来完成设置），开关频率将围绕中心频率（3 35kHz ）在± 1.7%kHz内变化。虽然调制方式还是一样，但是三角波的周期在循 环变化。输出信号频谱则随开关频率变化而变化，而对于能量谱，它们通常随着频率的变化 分布在整个频带内，这样的频谱看起来就像白噪声，EMI辐射也相应降低。5.3.3输出电路传统的D类音频功率放大器为了从放大后的PWM输出信号中还原音频信号，往往需要 一个输出滤波器，这样既增加了成本和放大器的尺寸，又降低了效率。MAX9713/M AX9714不需要输出滤波器，而是利用扬声器内固有的线圈电感和扬声器来对发声频率 范围内人耳所能听到的声音成份实现自然滤波，以达到体积更小、成本更低、效率更高的目 的。这是因为，MAX9713/MAX9714的工作频率远远超过大多数扬声器的发声 频率范围。由于扬声器音频线圈的振动受低频信号的影响较大，受高频信号的影响非常小， 因此，只要采用线圈电感大于3 0p H的扬声器就能有效还原PWM输出中的音频信号。典 型的8Q扬声器的线圈电感一般在3 0 |j H到10 0|j H之间，所以无需输出滤波器，选 用线圈电感值大于6 0p H的扬声器可达到最佳的输出效果。虽然MAX9713/MAX9714不需要输出滤波器，但是在使用时必须注意：输 出端与扬声器之间的连接电缆长度不得超过3 6 cm。如果遇到输出线路的长度超过3 6c m、电路板设计不够合理而影响输出效果、电路附近有电磁辐射敏感设备等情况，就必须设 计输出滤波器。5.3.4开关机噪声抑制电路MAX9713/MAX9714内部具有开关机噪声抑制电路。在关机过程中，放大 器输出端的H型桥路通过300kQ电阻连接到GND端，输出端没有能听到的噪声信号 输出。在开机过程中，输入放大器内部偏置电压被设置为较低的值，输入放大器不工作，从 而可以达到静音、防止噪声输出的目的。开机后，随着软启动电容器两端电压的逐渐增加， 输入放大器内部偏置电压会逐步达到正常值，电路开始进入正常工作状态。由于电容CSS 值会影响开机静噪时间的长短，为了达到最佳的静噪性能，电容CSS的取值最小应该达到 18 0nFo应用电路SW QKTL- 颇L+ 。町R* 01TTR-MAX9722BsifSR图3 MAX9714的应用电路图3是采用MAX9714与MAX9722 B设计的多功能高效率立体声音箱放大 器。该电路既可以用扬声器进行大功率立体声信号输出，也可以连接耳机以满足个人欣赏音 乐之需，而且两种输出方式不同时工作，互不影响。图中,CODEC为音频信号输入端， 当耳机插孔没有插入耳机时，场效应管栅极和MAX9722B的SHDN端均为低电平， MAX9714正常工作而MAX 9 7 2 2 B处于停机状态。当耳机插入耳机插孔后，场效 应管栅极和MAX 9 7 2 2 B的SHDN端均为高电平，场效应管处于导通状态，SS端为 低电平，MAX9714处于非启动状态而无功率输出，而此时MAX 9 7 2 2 B则处于正 常工作状态，电路将从耳机插孔输出经放大的音频信号。6总结通过本次设计是自己在各个方面得到了提高，通过本次设计对自己的提高有：（1）对各 类放大器的工作原理更加熟悉。（2）对D类放大器的实现方式有了更高层次的掌握。（3）提 高了自己的动手能力。(4)通过对电路的检测，测试等环节，使自己更加明白了一个道理， 细节决定成败，锻炼了自己做事的态度。提高了解决实际问题的能力。参考文献1康华光.电子技术基础.模拟部分.高等教育出版社.2007:11-42钟清华，钟国新，李子升，吴锦铭.D类音频功率放大器的全桥PWM改进方案与实现.电声技术.2004,7.3336.3程佩青.数字信号处理教程.清华大学出版社.1988:85-89.4毛大平.浅谈功率放大器的基本技术指标.现代电影技术应用技术研究.2008,6.5洪志良著.模拟集成电路分析与设计.科学出版社,2005.165196.6李金平.电子系统设计.电子工业出版社.20077黄令华，王新安，刘伟.前置运算放大器的噪声分析与设计.中国集成电路.2008,5(108).56 60.8童诗白，华成英.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2000，第三版9马场清太郎著.何希才译.运算放大器应用电路设计.北京：科学出版社，2007,第一版10杨志忠.数字电子技术.高等教育出版社.2000年11黄智亮.全国大学生电子设计竞赛训练教程.M 北京：电子工业出版社,200512童长飞.单片机开发与C语言编程.北京：北京航空航天大学出版社，20057.致谢三年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面 对又一次征程的开始。三年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊， 在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。伟人、名人为我所崇拜，可是我更 急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师。我不是您最出色的学生，而您却 是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的 精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新 的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写 作的指导，经由您悉心的点拨，再经思考后的领悟，常常让我有“山重水复疑无路，柳暗花明又 一村”。感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是 我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完 成，有