MAX9736A/B音頻放大器在MP3播放器中的應(yīng)用
1引言
MAX9736A/B是通用D類(lèi)揚(yáng)聲器放大器，無(wú)需濾波的集成擴(kuò)展頻譜調(diào)節(jié)器，省去昂貴且大體積的LC濾波器，從而降低EMI和BOM成本。寬范圍的單電源電壓(8~28V)允許便攜式應(yīng)用中電池直接供電。優(yōu)異的千位恢復(fù)特性消除了D類(lèi)放大器偽過(guò)載時(shí)產(chǎn)生的可聞噪聲。該器件適用于TV、電話會(huì)議、PC、塢站或任何需要低成本、高效率放大器應(yīng)用。這里給出一種基于D類(lèi)音頻放大器MAX9736A/B的MP3播放器設(shè)計(jì)方案。
2系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)
圖1為MP3塢站(dockingstaTIon)框圖。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝在一個(gè)精心設(shè)計(jì)的盒子內(nèi)，包含了所有電子元器件和揚(yáng)聲器。整個(gè)系統(tǒng)只需要一個(gè)外部電源和信號(hào)源。兩個(gè)2英寸揚(yáng)聲器用于左、右聲道，一個(gè)5英寸揚(yáng)聲器用于重低音。一片MAX9736B工作在立體聲模式，用于驅(qū)動(dòng)左，右聲道：另一片MAX9736A工作在單聲道模式，用于驅(qū)動(dòng)重低音聲道。
3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)有左，右聲道和重低音聲道兩部分。每部分包括輸入級(jí)、EQ級(jí)和功率級(jí)，如圖2所示。
3.1輸入級(jí)
左/右聲道和重低音聲道的輸入級(jí)相同。立體聲、對(duì)數(shù)抽頭電位器用作音量控制，用于調(diào)節(jié)前置放大器的信號(hào)。為避免地回路干擾，輸入級(jí)采用差分形式，RCA輸入連接器沒(méi)有直接連接到系統(tǒng)地。利用一只100Ω的電阻來(lái)降低共模電壓：MAX4234提供2倍增益并將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端輸出。輸入級(jí)的輸出以VREF為參考，該電壓是功率放大器MAX9736A的參考電壓，利用MAX4234緩沖。
3.2EQ級(jí)
輸入級(jí)之后，左/右聲道信號(hào)進(jìn)入兩級(jí)參量EQ電路，電路分別位于左/右聲道附近。每路參量EQ使用一個(gè)運(yùn)放回轉(zhuǎn)器模擬LC串聯(lián)諧振電路中的電感。串聯(lián)電路兩接入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)衰減或放大，這些接入點(diǎn)通過(guò)兩只電容實(shí)現(xiàn)。圖3為左聲道EQ級(jí)電路。圖中，電容C105和C106是左聲道的第一級(jí)參量EQ，是左聲道的提升和衰減節(jié)點(diǎn)。如果只使用C106(沒(méi)有連接C105)，諧振電路與串聯(lián)電阻R105(10kΩ)組成一個(gè)分壓器，對(duì)諧振頻率信號(hào)進(jìn)行衰減。相反，如果只使用C105則降低反饋，使諧振頻率信號(hào)提升。如果兩只電容都不使用，則該部分電路禁用。
諧振頻率f0由式(1)計(jì)算可得：
加入第三級(jí)EQ電路實(shí)現(xiàn)傾斜型濾波，只需RC元件即可：電容C113，用于提升，C114用于衰減和電阻R111。
作為立體聲D類(lèi)放大器MAX9736在輸入級(jí)還集成有兩個(gè)運(yùn)算放大器，用于通用濾波器，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用這兩個(gè)運(yùn)算放大器為左/右聲道構(gòu)建2階高通濾波器。運(yùn)算放大器提供反相輸入端和輸出端，可以搭建多反饋反相濾波器。
3.3功率級(jí)
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)可提供3個(gè)通道的揚(yáng)聲器功率放大器。MAX9736B用于立體聲模式，驅(qū)動(dòng)左、右聲道揚(yáng)聲器，能夠?yàn)?Ω揚(yáng)聲器提供2×11W功率。MAX9736A配置為單聲道模式，用于第三個(gè)聲道，驅(qū)動(dòng)重低音放大器。
單聲道模式下，MAX9736A的兩個(gè)D類(lèi)放大器輸出并聯(lián)，提供更大的輸出功率。單聲道重低音為4Ω揚(yáng)聲器提供30W功率(VDD=19V)。重低音聲道的輸入級(jí)與左/右聲道的輸入級(jí)相同。輸人級(jí)之后，左/右聲道信號(hào)通過(guò)MAX4234(U-A)和(U-B)疊加，提供單聲道重低音揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)。R303在疊加放大器設(shè)置重低音揚(yáng)聲器的增益，如圖4所示。
圖5為重低音揚(yáng)聲器電路。為了將平坦的頻響特性擴(kuò)展到極低頻率，該系統(tǒng)為重低音揚(yáng)聲器提供6階濾波電路。在開(kāi)孔揚(yáng)聲器4階高通頻響的基礎(chǔ)上增加2階有源高通濾波器。MAX4234為重低音揚(yáng)聲器提供同相Sallen-Key2階高通濾波。
該系統(tǒng)需要高Q值，在40Hz頻點(diǎn)處提升13dB。為了避免揚(yáng)聲器和放大器過(guò)載.配置Sallen-Key濾波器實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)高通濾波;濾波器在放大器輸出達(dá)到最大值時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整。輸入電阻R305可自動(dòng)降低(用光耦FET，U7)，從而使濾波器Q值降至0.5以下，即無(wú)提升。重低音揚(yáng)聲器放大器U2的輸出峰值電壓控制光耦FET的輸入信號(hào)。VD6和C16組成峰值檢測(cè)器，能夠快速檢測(cè)輸出峰值電壓。峰值檢測(cè)器的閾值可調(diào)節(jié)還是固定，取決于是否安裝R7和R8/R9?？刂齐娐饭ぷ鲿r(shí)將打開(kāi)LEDVD6。MAX9736A內(nèi)部的兩個(gè)運(yùn)算放大器配置成4階重低音低通濾波器，作為左/右聲道高通濾波器的后續(xù)濾波。圖6給出重低音聲道動(dòng)態(tài)調(diào)整仿真結(jié)果。在重低音信號(hào)達(dá)到其門(mén)限后，高通濾波器的Q值減小，而截止頻率增大。
JI電源輸入連接器，用于標(biāo)準(zhǔn)的筆記本電腦同軸插頭。典型的筆記本電腦電源的平均輸出電壓約19V，適用于塢站系統(tǒng)供電。通過(guò)C1、C2濾波，電壓標(biāo)記為PVDD，接入電源后點(diǎn)亮VD1藍(lán)燈，如圖7所示。
采用簡(jiǎn)單的復(fù)位電路MAX809SEUR+在上電、掉電時(shí)為放大器提供一個(gè)靜音信號(hào)，用來(lái)避免在輸入電路信號(hào)建立過(guò)程中產(chǎn)生瞬態(tài)噪聲。靜音控制門(mén)限通過(guò)兩只串聯(lián)電阻分壓器(10kΩ和4.22kΩ)設(shè)定在約10V。MAX9736采用受專(zhuān)利保護(hù)的無(wú)濾波調(diào)制技術(shù)，不需要外部大尺寸電感濾波器。輸出端只需簡(jiǎn)單的鐵氧體磁珠。
4揚(yáng)聲器和機(jī)殼
重低音揚(yáng)聲器采用Tymphany的5英寸直徑揚(yáng)聲器，型號(hào)為830945，標(biāo)稱(chēng)阻抗4Ω，諧振頻率47.4Hz。左/右聲道采用2英寸揚(yáng)聲器，Tymphany830970，標(biāo)稱(chēng)阻抗4Ω，諧振頻率147.5Hz。低至35Hz的f3用于語(yǔ)音系統(tǒng)，采用6階濾波電路，包括一個(gè)2階高通有源濾波器。整個(gè)系統(tǒng)放置在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，包括三個(gè)揚(yáng)聲器、調(diào)節(jié)端口和PCB板。重低音揚(yáng)聲器開(kāi)口向下安裝，機(jī)箱體積約3.791mm3，調(diào)諧在54Hz。機(jī)箱外型尺寸約為355mm~180mm×120mm。揚(yáng)聲器濾波均衡設(shè)計(jì)為250Hz的4階Linkwitz-Riley濾波器;而衛(wèi)星揚(yáng)聲器均衡則包括f=500Hz、增益=+6dB、Q=0.5的參量EQ和f3=3.8kHz、增益=+5.8dB的傾斜型濾波器，圖8所示為系統(tǒng)頻響。整個(gè)系統(tǒng)的頻響特性仿真表明最大平坦相應(yīng)擴(kuò)展至40Hz。這里揚(yáng)聲器機(jī)殼推薦使用性?xún)r(jià)比更高的材料，譬如木制材料、纖維板(MDF)、工程塑料(ABS)等。
5結(jié)束語(yǔ)
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用12～20V直流電源供電，利用小音箱提供較高的SPL輸出，高效率的D類(lèi)設(shè)計(jì)，有源EQ，包括動(dòng)態(tài)低音均衡，高性?xún)r(jià)比驅(qū)動(dòng)器提供出色的音質(zhì)。
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