MAX98307/MAX98308：3.3W单声道Class DG多级音频放大器的卓越之选

在便携式音频应用领域，音频放大器的性能直接影响着产品的音质和用户体验。今天我们来深入探讨Maxim Integrated推出的MAX98307/MAX98308 3.3W单声道Class DG多级音频放大器，看看它是如何满足便携式应用对高效、高功率音频解决方案的需求的。

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一、产品概述

MAX98307/MAX98308是具有集成反相电荷泵的全差分单声道Class DG多级功率放大器，专为便携式应用提供高效、高功率的音频解决方案。其独特的Class DG多级调制技术，通过使用电荷泵产生的负电源轨来扩展输出信号的动态范围，从而在宽输出功率范围内实现了高效率。

1.1 关键特性

• 高效率与高输出功率：Class DG多级调制确保在宽输出功率范围内实现最大效率，有效改善电池续航。静态电流低至1.85mA，在不同电源电压和负载条件下能提供高输出功率，如在(V{PVDD}=3.6V)、(8Ω + 68μH)负载下，1% THD+N时输出功率可达1.54W；在(V{PVDD}=5V)、(8Ω + 68μH)负载下，10% THD+N时输出功率可达3.3W。
• 低EMI设计：结合有源发射限制边缘速率和过冲控制电路以及多级输出调制，大大降低了EMI，无需像传统Class D设备那样使用输出滤波，减少了组件数量和成本。
• 多种封装与增益选择：MAX98307采用16引脚TQFN封装，增益可通过外部电阻调节；MAX98308采用节省空间的12凸点WLP封装，内部固定增益有8.5dB、11.5dB、14.5dB、17.5dB和20.5dB，可通过单个增益输入设置。
• 宽温度范围工作：两款器件均能在 -40°C至 +85°C的扩展温度范围内正常工作。

1.2 应用领域

该放大器适用于多种便携式设备，如手机、智能手机、笔记本电脑、VoIP电话、便携式音频设备和平板电脑等。

二、电气特性

2.1 电源与电流特性

• 电源范围：(V{PVDD})和(V{CC})的电源范围为2.6V至5.25V，通过PSRR测试保证。
• 静态电流：在(V_{PVDD}=3.6V)时，静态电流典型值为1.85mA，最大值为2.7mA。
• 关断电流：当SHDN接地时，关断电流典型值为0.225μA，最大值为10μA。

2.2 增益与输出功率

• MAX98308增益：通过不同的GAIN连接方式可设置不同的增益，如GAIN短接到GND时，增益为20.5dB；GAIN通过100kΩ下拉到GND时，增益为17.5dB等。
• 输出功率：在不同电源电压和THD+N条件下，两款器件都能提供可观的输出功率，具体数值可参考文档中的表格。

2.3 其他特性

• 电源抑制比（PSRR）：在不同频率的纹波下，PSRR表现良好，如在217Hz、200mV P - P纹波时为78dB，在10kHz、200mV P - P纹波时为67dB。
• 开启时间：MAX98308从关断或上电到完全工作的时间典型值为25ms，最大值为40ms；MAX98307在(R_{IN}=10kΩ)时，开启时间典型值为50ms，最大值为80ms。

三、工作原理

3.1 Class DG多级操作

Class DG多级放大器采用了一种独特的输出级，结合了Class D开关输出效率和Class G电源电平转换，并采用多级输出调制方案。在低输出信号摆幅要求时，输出范围在(V{PVDD})和地之间；当需要高于(V{PVDD})的输出摆幅时，内部反相电荷泵产生的负电源轨(VPVSS)取代地作为较低的电源，从而扩展了输出范围。这种方式根据输出摆幅要求切换工作轨，有效管理了功耗，同时通过多级输出调制从较低阻抗的电池电源轨(V_{PVDD})获取最大功率，减少了(RDS(ON))损耗和电荷泵阻抗导致的功耗，在音频范围内实现了高效率和高输出功率。

3.2 EMI无滤波输出级

传统Class D放大器需要外部LC滤波器或屏蔽来满足电磁干扰（EMI）法规标准，而MAX98307/MAX98308的有源发射限制边缘速率控制电路和Class DG多级调制方案在不使用外部滤波组件的情况下降低了EMI发射，同时保持了高效率。

3.3 放大器电流限制

当扬声器放大器的输出电流超过电流限制时，IC会禁用输出约100μs，之后重新启用。如果故障条件仍然存在，IC会继续禁用和重新启用输出，直到故障条件消除。

3.4 咔嗒声和噗噗声抑制

该放大器采用了Maxim的全面咔嗒声和噗噗声抑制技术。在启动时，抑制电路可减少设备内部的任何可听瞬态源；进入关断状态时，差分扬声器输出会迅速同时降至PGND。

3.5 热和短路保护

当芯片温度高于 +160°C时，IC会自动进入热关断状态，当温度低于 +135°C时重新激活。此外，如果输出短路到彼此或任一电源轨，放大器会通过禁用输出来防止灾难性损失。

3.6 关断模式

IC具有低功耗关断模式，典型供电电流小于0.225μA。将SHDN引脚拉低可使IC进入关断状态。

四、应用信息

4.1 无滤波Class DG操作

传统Class DG放大器需要输出滤波器，这会增加成本和尺寸，降低效率和THD+N性能。而MAX98307/MAX98308的有源发射限制和Class DG多级输出调制允许无滤波操作，减少了外部组件数量和成本。由于IC的开关频率远超出大多数扬声器的带宽，因此使用串联电感大于10μH的扬声器即可。

4.2 差分输入放大器

两款IC均采用差分输入配置，与许多编解码器兼容，相比单端输入放大器具有更好的抗噪能力。在移动电话等设备中，差分放大器可以放大两个输入的差值，同时抑制两个输入共有的信号，如开关噪声。MAX98307通过外部反馈电阻设置电压增益，公式为(A{V}=20 log left(frac{R{FB}}{R_{IN}}right)(dB)+8.5dB)；MAX98308的增益可通过连接增益选择凸点GAIN来选择，具体配置可参考文档中的表格。

五、组件选择与布局

5.1 电源输入

(PVDD)为扬声器放大器供电，范围为2.6V至5.25V。需用0.1μF和10μF电容并联到PGND对(PVDD)进行旁路。如果(PVDD)与电源之间的输入走线较长，还需在设备处添加额外的大容量电容。

5.2 输入耦合电容

交流耦合电容((C{IN}))和输入电阻((R{IN}))构成高通滤波器，可去除输入信号中的直流偏置。应选择合适的(C_{IN})，使高通滤波器的 -3dB点远低于感兴趣的最低频率，以确保放大器的低频响应。建议使用电压系数足够低的电容（如X5R或X7R）以获得最佳的低频THD+N性能。

5.3 电荷泵电容选择

为获得最佳性能，应使用等效串联电阻（ESR）小于50mΩ的电容。低ESR陶瓷电容可最小化电荷泵的输出电阻。为在扩展温度范围内获得最佳性能，应选择具有X7R电介质且额定电压至少为6.3V的电容。

5.4 电荷泵飞电容

电荷泵飞电容的值会影响电荷泵的负载调节和输出电阻。飞电容值过小（小于1μF）会降低放大器提供足够电流驱动的能力。增加飞电容的值并降低ESR可改善负载调节，降低电荷泵输出阻抗，从而提高放大器的输出功率和效率。建议使用4.7μF或更大值的低ESR电容。

5.5 电荷泵保持电容

电荷泵保持电容的值和ESR直接影响电荷泵轨(PVSS)的纹波。增加保持电容的值可减少输出纹波，降低电容的ESR可同时减少纹波和输出电阻。建议使用10μF或更大值的低ESR电容。

5.6 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。良好的接地可改善音频性能，防止开关噪声耦合到音频信号中。应使用宽的、低电阻的输出走线，以减少输出走线电阻对负载功率的影响。此外，在PCB顶层或底层的所有信号走线周围添加接地填充可提高IC的射频抗扰度。

六、热考虑

Class DG多级放大器比同类的Class AB或Class G放大器具有更好的效率和热性能。但在设计系统时，仍需考虑系统的热性能，包括许多参数。对于MAX98307（TQFN）应用，暴露焊盘是散热的主要途径，应将其焊接到一个大的铜多边形上，并通过多个过孔连接到PCB的另一侧。对于MAX98308（WLP）应用，可参考应用笔记1891获取最新的应用细节。

七、订购信息

MAX98307有16引脚TQFN - EP封装，增益通过外部设置；MAX98308采用12凸点WLP封装，增益内部设置。所有器件均能在 -40°C至 +85°C的温度范围内工作，部分封装为无铅（Pb）/符合RoHS标准。

MAX98307/MAX98308音频放大器凭借其高效、高功率、低EMI等特性，为便携式音频应用提供了优秀的解决方案。在实际设计中，工程师们需要根据具体应用需求，合理选择组件和进行布局，以充分发挥其性能优势。大家在使用这款放大器时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。