下載最新產品Datasheet ► MAX98396/7 DG類揚聲放大器
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摘要
高耗電的顯示器並不是與電池供電的便攜式、可穿戴和物聯網設備連接的最有效的媒介。因此，低功耗音訊正迅速成為更流行的替代方案。在此設計解決方案中，我們回顧了D 類數位音訊放大器並討論了一些當前解決方案的限制，然後介紹了一種封裝巧妙的IC，該IC 需要最少的配置才能快速為這些應用帶來高品質的音頻。
介紹
「Video Killed the Radio Star」—The Buggles 1979 年的熱門唱片講述了音訊娛樂的消亡，然後透過無線AM/FM 廣播接收器提供（圖1），就像視訊（以電視的形式）進入市場一樣。它的優點。當時，樂團永遠無法想像這樣一個世界：便攜式電子設備可以讓我們立即播放我們選擇的任何電影，或者讓我們以接近電影工作室品質的影片記錄我們的日常生活。然而，只有伴隨著同樣高品質的音頻才能欣賞到高品質的視頻，並且可以說，在隨後的幾年裡，用戶的音頻體驗已不可忽視了。它已成為便攜式電子設備（例如可穿戴設備、AR/VR 和緊湊型物聯網產品）上提供的無數複雜的功能。使用者已經習慣對這些裝置發出的音訊不抱有太高的期望。“畢竟，它只是一部手機”，這是一句經常重複的口頭禪，而且已經變得非常熟悉。
圖 1. 無線電接收器。
然而，隨著穿戴式裝置和物聯網裝置的激增，一個可喜的變化正在發生。使用者和設計人員都意識到，大而耗電的螢幕不適合電池供電的行動裝置的介面。因此，語音和音訊正迅速成為控制這些設備和從這些設備接收資訊的首選媒介。用戶還要求比目前提供的更好的音訊體驗。是的，設計人員很容易將其歸咎於便攜式設備的緊湊外形尺寸限制了揚聲器尺寸。然而，在許多情況下，導致音訊品質不佳的並不是揚聲器，而是驅動音訊品質的擴大機。在此設計解決方案中，我們研究了許多整合和配置用於便攜式電子設備的數位 D 類放大器的一些困難。然後，我們推出了一款微型、低功耗、D 類數位音訊放大器，它可以無縫集成，為用戶提供無與倫比的感官體驗，並以此證明音訊復興的合理性，使其成為與音訊設備交互的首選媒介。便攜式電子產品。
數位 D 類放大器
由於其高效率和出色的 EMI 性能，無濾波器數位輸入 D 類放大器已成為消費性電子設備中驅動揚聲器的公認標準。這是因為它們不受與類比對應產品相關的電路板設計問題的影響，尤其是訊號完整性。單聲道數位 D 類擴大機可以放置在電路板上的遠端位置，以最大限度地減少高電流電池和揚聲器負載連接的佈線。這些擴大機不需要類比輸入 D 類設計所需的 DAC 和線路驅動器。因此，空間和系統成本下降，設計變得更簡單。許多 D 類放大器接受脈衝編碼調製 (PCM) 或 I²S 數據，這需要三根線：BCLK、LRCLK 和 DIN（圖 2）。PCM 資料格式不需要應用處理器上的調變器或資料上取樣來提供立體聲資料。
圖 2. 使用三線的 PCM 輸入 D 類別。
然而，數位輸入放大器的一些傳統實現方式存在一些缺點。其中一個限制是需要一個單獨的、乾淨的主時脈 (MCLK) 來導出無抖動取樣時脈。其他擴大機提供可調節的取樣率和/或位元深度，但這可能需要複雜的程式設計。此外，大多數數位輸入放大器需要兩個電源電壓：低數位電源電壓 (1.8V) 和高揚聲器電源電壓（2.5V 至 5.5V）。與其使用相關的另一個問題是 EMI。對於高品質音訊應用，許多 D 類放大器需要額外的濾波來限制 EMI 的影響，從而進一步增加電路板尺寸/成本。選擇用於連接觸式驅動器的擴大機時，快速開啟時間（小於幾毫秒）非常重要，否則該零件必須保持永久通電，導致便攜式裝置的電池消耗得更快。
更簡單、更小
圖 3 中所示的 IC 解決了這些設計問題的所有方面，並具有提供更簡單、更小和更低功耗的解決方案的附加優勢。
圖 3. MAX98360 數位 D 類放大器。
與老式 D 類放大器不同，此 IC 使用自動取樣率和位元深度配置，無需複雜的編程，並提供簡單、有效的「即插即用」音訊解決方案。它具有靈活的音訊接口，支援 I²S、左對齊和 8 通道時分複用 (TDM) 資料格式。它接受 8kHz、16kHz、32kHz、44.1kHz、48kHz、88.2kHz 和 96kHz 取樣率，資料字可以是 I²S 和左對齊模式下的 16 位元、24 位元或 32 位元以及 16位元或TDM 模式下的32位元. 10μV RMS輸出噪音、80dB PSRR 和 110dB 動態範圍規格保證了高品質音頻，這些規格對於揚聲器靠近耳朵的設備（例如 AR/VR 和可穿戴設備）以及在安靜的環境中使用（睡眠輔助設備）。
與其他 D 類放大器相比，此放大器具有多種功率優勢。它只能使用一種電源電壓（2.5V 至 5.5V）運作。它可以接受低至 1.2V 的輸入邏輯電壓位準（這意味著不需要電平轉換器），但它足夠強大，可以承受高達 5.5V 的輸入電壓。它還以高達 92% 的效率運行，減少電池消耗。
另一個有益的功能是，如果 DAIn 引腳保持低電平，IC 會自動進入超低功耗模式，在該模式下，它會消耗 1.5μA 的微小待機電流。這極大地降低了功耗，並且對於沒有主機 GPIO 來控制 EN 引腳的應用非常有利。然而，值得注意的是，EN 引腳可用於透過將 IC 置於關斷模式來實現額外的節能，在該模式下它僅消耗 15nA 的電流。
方便的是，它還具有非常快速的1ms 開啟時間（比類似的D 類放大器快4 倍），這使得它能夠在超低功耗1.5μA 待機模式下等待，即使在連接到LRA 觸覺驅動器時也是如此。
該 IC 還有一些其他顯著的優點，有助於最大限度地減少電路板尺寸/成本。首先，它採用微型 1.9mm 2 9 引腳 WLP 封裝，具有巧妙的引腳佈局，旨在消除昂貴的電路板通孔的需要。如圖 4 所示，GAIN_SLOT 引腳（位於封裝的中心）可以方便地連接到 V DD或 GND（直接連接或使用電阻器）或保持未連接，以提供 I²S/左對齊增益設定如表1所示。
圖 4. 將 GAIN_SLOT 連接到 VDD或GND 以實現所需的增益設定。
表1. MAX98360的I²S/左對齊增益設定。
其次，此元件無需額外的 D 類濾波即可實現圖 5 所示的卓越 EMI 效能。由於僅需要單一外部旁路電容器，因此整體解決方案尺寸僅為 3.69mm 2。
圖 5. 使用 12 吋 MAX98360 的 EMI 效能 帶狀線負載。
概要
隨著音訊介面迅速成為電池供電的可穿戴設備、物聯網設備和其他類型的小型便攜式電子設備的普遍功能，設計人員正在尋找更簡單、更具成本效益的方法來為其設備添加高品質音訊。在此設計解決方案中，我們回顧了將某些 D 類放大器整合到空間受限的應用中的困難。我們可以得出結論，新型靈活、低功耗數位輸入D 類音訊放大器為將音訊整合到任何類型的電子設備中的任務帶來了「即插即用」的簡單性，使其成為便攜式設備、穿戴式裝置的理想選擇和物聯網設備。除了採用 9 腳 WLP 封裝外，MAX98360 採用 10 腳 FC2QFN 封裝。
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