探索MAX9728A/MAX9728B：高性能立体声耳机放大器的设计秘诀

在电子设备的音频处理领域，耳机放大器是实现优质音频输出的关键组件。近期，我深入研究了Maxim公司的MAX9728A/MAX9728B立体声耳机放大器，发现它在节省空间、降低成本以及提高音频性能方面表现出色，下面就和大家分享一下我的研究心得。

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产品概述

MAX9728A/MAX9728B专为显示、笔记本应用或对电路板空间要求苛刻的便携式设备而设计。它们采用独特的DirectDrive®架构，能够从单电源产生接地参考输出，无需使用大型直流阻隔电容，从而节省了成本、电路板空间和组件高度。其中，MAX9728A提供外部可调增益，而MAX9728B则具有内部预设的 -1.5V/V 增益。这两款放大器每通道可向 32Ω 负载提供高达 60mW 的功率，总谐波失真加噪声（THD+N）低至 0.02%。在 1kHz 时，电源抑制比（PSRR）高达 80dB，使其能够在嘈杂的数字电源下工作，而无需额外的线性稳压器。此外，综合的咔嗒声和爆裂声抑制电路可抑制启动和关闭时的可听咔嗒声和爆裂声。

产品特性亮点

无需大型直流阻隔电容

传统的单电源耳机放大器为了实现最大动态范围，输出通常会偏置在一个标称直流电压（通常为电源电压的一半），这就需要大型耦合电容来阻隔直流偏置，否则会导致不必要的功率损耗，甚至可能损坏耳机和放大器。而MAX9728A/MAX9728B采用DirectDrive架构，通过电荷泵产生内部负电源电压，使输出能够偏置在信号地（SGND），无需大型直流阻隔电容，仅需两个小型陶瓷电容，节省了电路板空间，降低了成本，还改善了频率响应。

低功耗关断模式

MAX9728A/MAX9728B具有低于 0.1μA 的低功耗关断模式，可降低静态电流消耗，延长便携式应用的电池寿命。只需将 SHDN 引脚置低，即可禁用放大器和电荷泵。在关断模式下，放大器输出阻抗设置为 14kΩ||RF（对于 MAX9728B，RF 为 30kΩ）。当 SHDN 引脚置高时，放大器和电荷泵将重新启用。

高 PSRR 消除 LDO 需求

在 1kHz 时高达 80dB 的 PSRR，使得这两款放大器能够在嘈杂的数字电源下稳定工作，无需额外的低压差线性稳压器（LDO），简化了电源设计。

综合的咔嗒声和爆裂声抑制

传统单电源音频放大器中的输出耦合电容是产生可听咔嗒声和爆裂声的主要原因。而MAX9728A/MAX9728B无需输出耦合电容，从根本上避免了这个问题。此外，它们还具备广泛的咔嗒声和爆裂声抑制功能，可消除设备内部的任何可听瞬态源。

关键参数解析

电源电压范围

MAX9728A/MAX9728B的电源电压范围为 4.5V 至 5.5V，能够适应多种电源环境。

静态电流

静态电流仅为 3.5mA，在保证性能的同时，降低了功耗。

关断电流

关断电流低于 0.1μA，有效延长了电池寿命。

输出功率

在 32Ω 负载下，THD+N 为 1% 时，每通道可提供高达 60mW 的输出功率，能够满足大多数耳机的驱动需求。

电压增益

MAX9728B 的增益为内部预设的 -1.5V/V，而 MAX9728A 的增益可外部调节，为设计提供了更多的灵活性。

应用设计要点

功率耗散

线性功率放大器在正常工作条件下会消耗大量功率。MAX9728A/MAX9728B的功率耗散主要来自电荷泵和两个输出放大器。如果特定应用的功率耗散超过了特定封装的最大允许值，可以通过降低 VDD、增加负载阻抗、降低环境温度或添加散热片等方式来解决。同时，大尺寸的输出、电源和接地走线可以降低热阻（θJA），使更多的热量从封装传递到周围空气中。

输出动态范围

动态范围是系统噪声底限与 1% THD+N 时输出电平之间的差值。在设置最大输出增益之前，需要先确定系统的动态范围，以避免输出信号超出系统的动态范围而导致削波。

最大输出摆幅

内部器件结构限制了 MAX9728A/MAX9728B 的最大电压摆幅。输出峰值电压不得超过相反电源电压 9V。例如，当 VDD = 5V 时，电荷泵设置 PVSS = -5V，因此输出峰值摆幅必须小于 ±4V，以防止超过绝对最大额定值。

组件选择

输入耦合电容

输入电容（CIN）与输入电阻（RIN）共同构成高通滤波器，用于去除输入信号中的直流偏置。应选择电容值，使 -3dB 点远低于感兴趣的最低频率，以避免影响设备的低频响应。建议使用具有低电压系数的电介质电容，如钽电容或铝电解电容，以减少低频失真。

电荷泵电容选择

为了获得最佳性能，应使用具有低等效串联电阻（ESR）的陶瓷电容。对于扩展温度范围的应用，建议选择具有 X7R 电介质的电容。

飞跨电容（C1）

飞跨电容的值会影响电荷泵的负载调节和输出电阻。过小的 C1 值会降低设备提供足够电流驱动的能力，导致输出电压下降。适当增加 C1 的值可以改善负载调节并降低电荷泵的输出电阻，但超过 1μF 后，开关的导通电阻以及 C1 和 C2 的 ESR 将起主导作用。

保持电容（C2）

保持电容的值和 ESR 直接影响 PVSS 处的纹波。增加 C2 的值可以降低输出纹波，降低 C2 的 ESR 可以同时降低纹波和输出电阻。对于最大输出功率较低的系统，可以使用较低电容值的保持电容。

电源旁路电容（C3）

电源旁路电容用于降低电源的输出阻抗，减少 MAX9728A/MAX9728B 电荷泵开关瞬变的影响。应将 C3 与 VDD 旁路，并将其放置在靠近 VDD 和 PGND 引脚的位置。

放大器增益设置

MAX9728B 的放大器增益内部设置为 -1.5V/V，所有增益设置电阻均集成在设备内部，减少了外部组件数量。而 MAX9728A 的放大器增益可通过外部电阻设置，公式为 AV = -RF / RIN（V/V）。建议选择几十 kΩ 范围内的反馈电阻值，以避免过大的功率耗散和不切实际的小 RIN 值。同时，还需要考虑输入设备的源电阻，以确保整体闭环增益符合设计要求。

作为线路驱动器和滤波器的应用

MAX9728A 可以用作音频线路驱动器，能够在单 5V 电源下向 10kΩ 负载提供 2VRMS 的输出。当用作线路驱动器为立体声设备提供输出时，通常需要消除数模转换器（DAC）输出产生的高频量化噪声，以避免影响负载设备的输入级或产生过多的电磁干扰（EMI）。为此，MAX9728A 可以配置为线路驱动器和有源低通滤波器，以抑制高频噪声并提供标准的 2VRMS 音频输出电平。

布局和接地

正确的布局和接地对于实现最佳性能至关重要。应在印刷电路板上的单点将 PGND 和 SGND 连接在一起，将 PVSS 连接到 SVSS 并使用 1μF 电容旁路。将电源旁路电容和电荷泵保持电容放置在尽可能靠近 MAX9728 的位置。将 PGND 和所有携带开关瞬变的走线远离 SGND 和音频信号路径。对于 12 引脚 Thin QFN 封装，应确保暴露焊盘与 PGND、SGND 和 VDD 电气隔离，仅在电路板布局需要时将其连接到 SVSS。

总结

MAX9728A/MAX9728B立体声耳机放大器凭借其独特的DirectDrive架构、低功耗、高性能以及丰富的保护功能，为音频设计工程师提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体的设计需求，合理选择组件、设置增益，并注意布局和接地等细节，以充分发挥其性能优势。希望以上分享能对大家在音频放大器的设计和应用中有所帮助。大家在使用过程中遇到过什么问题或者有什么独特的设计思路，欢迎在评论区留言交流！