探索MAX9791/MAX9792：Windows Vista兼容的音频放大器解决方案

最近在音频放大器的选型和设计中，我对Maxim推出的MAX9791/MAX9792这两款芯片进行了深入研究。这两款芯片不仅满足了Windows Vista Premium的标准，还在多个方面展现出了卓越的性能和创新的设计，特别适合应用于笔记本电脑、平板电脑和便携式多媒体播放器等设备中。今天就和大家分享一下我对这两款芯片的了解和使用心得。

文件下载：MAX9791.pdf

芯片概述

集成功能

MAX9791集成了立体声2W D类功率放大器、立体声180mW DirectDrive耳机放大器以及120mA的低压差（LDO）线性稳压器；而MAX9792则将单声道3W D类功率放大器、立体声180mW DirectDrive耳机放大器和120mA LDO线性稳压器集成于一体，高度的集成度使得这两款芯片在节省电路板空间方面表现出色。

主要特性

• DirectDrive架构：这是Maxim的一项创新技术，能够在单电源下产生接地参考输出，无需使用大型直流阻断电容，从而降低了成本、节省了电路板空间并减小了元件高度。同时，高达107dB的直流电源抑制比（PSRR）和低至0.006%的总谐波失真加噪声（THD+N），确保了音频信号的干净、低失真放大。
• 接地感应功能：该功能可以感应并校正输出插孔接地与设备信号接地之间的电压差，有效减少耳机放大器的串扰和接地环路噪声，特别是在输出插孔作为线路输出连接到其他接地设备时，优势更加明显。
• 低射频敏感度：使得放大器能够在无线应用附近稳定工作，其采用的扩频调制和有源发射限制电路，不仅降低了电磁干扰（EMI），还在业界领先的咔嗒声和爆音抑制技术的支持下，消除了上电和关断周期中的可听瞬态。
• 唤醒功能：MAX9791/MAX9792的“唤醒哔声”功能可以在检测到合格的哔声信号时唤醒扬声器和耳机放大器，为设备的节能设计提供了便利。
• 独立控制和保护功能：通过独立的扬声器和耳机放大器控制输入，可以分别对扬声器和耳机放大器进行关闭操作，同时LDO也可以独立于音频放大器进行启用。此外，芯片还具备热过载和输出短路保护功能，提高了设备的可靠性。

技术亮点剖析

D类扬声器放大器

高效节能

传统的AB类放大器在正常工作水平下效率往往低于45%，而MAX9791/MAX9792的D类放大器由于输出级晶体管的开关操作，理论上效率更高。在正常的音乐播放水平下，这两款芯片的效率可达到67%，相比AB类放大器有了显著提升。

低EMI输出级

传统D类放大器由于上升和下降沿过渡的高dv/dt会导致EMI发射增加，通常需要外部LC滤波器或屏蔽来满足EMI法规标准，但这会降低效率。而MAX9791/MAX9792的有源发射限制电路可以主动限制上升和下降沿过渡的dv/dt，在保持高达83%效率的同时，有效降低了EMI发射。此外，扩频调制技术还可以使宽带频谱分量更加平坦，减少开关频率谐波处的峰值能量。

电流限制

当扬声器放大器的输出电流超过电流限制（典型值为2A）时，芯片会暂时禁用输出约100µs，然后重新启用。如果故障仍然存在，会持续进行禁用和重新启用操作，直到故障消除，从而保护了芯片和外部设备。

DirectDrive耳机放大器

传统的单电源耳机放大器通常需要使用大型耦合电容来阻挡直流偏置，否则会导致不必要的功率损耗和可能的设备损坏。而MAX9791/MAX9792采用DirectDrive架构，通过电荷泵产生内部负电源电压，使耳机输出能够以GND为偏置，无需使用大型直流阻断电容。这样不仅节省了电路板空间和成本，还改善了耳机放大器的频率响应。

低噪声电荷泵

电荷泵的标称开关频率为530kHz，超出了音频范围，不会对音频信号产生干扰。开关驱动器的受控开关速度可以最大程度地减少开关瞬变产生的噪声，同时限制电荷泵的开关速度还可以降低寄生走线电感引起的di/dt噪声。

设计应用要点

增益设置

扬声器放大器的增益可以通过外部输入电阻与内部反馈电阻（RFSPKR）来设置，公式为 (AVSPKR = -4(frac{20 k Omega}{R{IN 1}}) V / V)。例如，当RIN1为20kΩ时，增益为4V/V，即12dB。耳机放大器的增益设置方式类似，使用公式 (A{VHP}= -(frac{40.2 k Omega}{R_{IN 2}}) V / V)，当RIN2为40.2kΩ时，增益为1V/V，即0dB。

电源供应

扬声器放大器由PVDD供电，电压范围为2.7V至5.5V；耳机放大器由HPVDD和CPVSS供电，HPVDD为正电源，范围同样是2.7V至5.5V，CPVSS为负电源，由电荷泵将HPVDD电压反转得到。AVDD为LDO和芯片的其余部分供电，AVDD和PVDD必须连接在一起。如果启用LDO，则需要根据电气特性表中的线性调节行设置AVDD和PVDD。

元件选择

输入滤波电容

输入电容（CIN）与放大器输入电阻（RIN）组成高通滤波器，用于去除输入信号中的直流偏置。选择合适的CIN_值，使 -3dB点远低于感兴趣的最低频率，同时要选择电压系数足够低的电容，以避免低频失真。

电荷泵电容

为了获得最佳性能，应选择等效串联电阻（ESR）小于100mΩ的电容。建议使用X7R电介质的陶瓷电容，以确保在扩展温度范围内的性能稳定。飞行电容（C1）的电容值会影响电荷泵的负载调节和输出电阻，应连接一个1µF的电容在C1P和C1N之间。电荷泵输出电容（C2）和LDO输出电容（CLDO）也需要根据电压选项选择合适的电容值。

可选铁氧体磁珠滤波器

在扬声器引线超过15cm的应用中，可以使用由铁氧体磁珠和接地电容组成的滤波器来提供额外的EMI抑制。选择铁氧体磁珠时，应选择直流电阻低、高频（> 1.2 MHz）阻抗在100至600Ω之间且额定电流至少为1A的产品。电容值应根据铁氧体磁珠的选择和实际扬声器引线长度进行调整，以优化EMI性能。

布局和接地

正确的布局和接地对于获得最佳性能至关重要。应使用大走线来连接电源输入和放大器输出，以减少寄生走线电阻引起的损耗，并将热量从芯片中散发出去。良好的接地可以提高音频性能，减少通道间的串扰，并防止开关噪声耦合到音频信号中。PGND和GND应在PCB上的单点连接，并将PGND和所有携带开关瞬变的走线远离GND以及音频信号路径中的走线和元件。同时，将电荷泵电容（C1、C2）尽可能靠近芯片放置，并将旁路电容靠近芯片连接。在PCB的顶层或底层为所有信号走线添加接地填充，可以提高芯片的射频抗干扰能力。

总结

MAX9791/MAX9792以其丰富的功能和出色的性能，为音频设计提供了一种高效、可靠且节省空间的解决方案。无论是在音频质量、EMI抑制还是功耗管理方面，这两款芯片都表现出色。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择元件和进行布局设计，以充分发挥芯片的优势。大家在使用这两款芯片的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有一些独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。