探索LM4671：高效音频放大器的卓越之选

在当今便携式电子设备飞速发展的时代，音频放大器作为其中的关键组件，其性能的优劣直接影响着用户的音频体验。TI的LM4671正是这样一款备受关注的高效音频放大器，下面我们就来深入探讨它的特性与应用。

文件下载：LM4671ITLX NOPB.pdf

一、LM4671的特性亮点

1. 免输出滤波器设计

LM4671采用低噪声、无滤波器的PWM架构，对于电感负载无需输出滤波器。这一特性大大减少了外部组件的数量，降低了电路板面积消耗和系统成本，同时也简化了设计过程。

2. 可外部配置增益

其增益可通过外部配置，允许通过对信号求和实现来自多个源的独立增益控制，为设计带来了极大的灵活性。

3. 快速开启时间

拥有非常快的开启时间，典型值为17μs ，能够迅速响应音频信号，满足实时音频播放的需求。

4. 低功耗设计

具备微功耗关机模式，关机电流典型值仅为0.01 μA ，有效降低了设备在不使用时的功耗，延长了电池续航时间。

5. 封装优势

采用节省空间的DSBGA封装，适合对空间要求较高的便携式设备。

二、应用领域广泛

LM4671适用于多种便携式电子设备，如手机、PDA等。在这些设备中，它能够提供高质量的音频放大，满足用户对音频效果的需求。

三、关键规格解析

1. 效率表现

• 在3.6V电源下，向8Ω扬声器输出100mW功率时，效率典型值为80%；输出400mW功率时，效率典型值可达88%。
• 在5V电源下，向8Ω扬声器输出1W功率时，效率典型值为86%。

2. 静态电流

在3.6V电源下，静态电流典型值为2.8 mA ，关机模式下电源电流极低，仅为0.01 μA 。

3. 电源范围

单电源范围为2.4V至5.5V ，能够适应不同的电源环境。

四、工作原理与性能优势

1. 无滤波器调制方案

LM4671采用无滤波器调制方案，其差分输出以300kHz的频率在VDD和GND之间切换。在无输入信号时，两个输出以50%的占空比同相切换，相互抵消，使扬声器两端无净电压，从而在空闲状态下节省功率。当有输入信号时，输出的占空比会根据输入信号的变化而改变，通过两个脉冲宽度的差值产生差分输出电压。

2. 功率耗散与效率

效率是衡量音频放大器性能的重要指标，LM4671在这方面表现出色。其输出波形形成开关的导通电阻通常小于0.25Ω ，使得功率耗散非常低，大部分多余的输入功率被负载吸收，无需额外的PCB面积或铜平面作为散热片。

3. 差分放大器优势

作为全差分放大器，LM4671具有差分输入和输出级。与传统单端输入音频功率放大器相比，它能有效提高信噪比，减少6dB的信号损失。此外，它还支持直流输入耦合，可消除两个外部交流耦合、直流阻挡电容。同时，差分放大器的共模抑制比（CMRR）更高，能降低对与地偏移相关的噪声注入的敏感性，在高噪声应用中尤为重要。

五、设计注意事项

1. PCB布局

• 随着输出功率的增加，放大器、负载和电源之间的互连电阻（PCB走线和导线）会产生电压降，影响输出功率和效率。因此，连接输出引脚到负载以及电源引脚到电源的PCB走线应尽可能宽，以减小走线电阻。
• 使用电源和接地平面可以提高THD + N性能，同时电源平面还能形成寄生电容，有助于过滤电源线。
• 由于换能器负载的电感特性可能导致过冲，产生电磁干扰（EMI），因此应尽量缩短功率和输出走线，并进行良好的屏蔽。必要时可使用接地平面、磁珠和微带布局技术来防止不必要的干扰。

2. 电源旁路

正确的电源旁路对于低噪声性能和高电源抑制比（PSRR）至关重要。旁路电容（CS）应尽可能靠近LM4671放置，推荐使用1μF的钽电容。

3. 关机功能

为了降低不使用时的功耗，LM4671包含关机电路，可将电流消耗降低到小于0.01μA 。关机触发点在电气特性表和典型性能特性部分的关机滞后电压图中有显示。为了最小化关机状态下的电流使用，最好在接地和电源之间切换。当关机引脚悬空或关机电压超过阈值时，LM4671将进入关机状态。

4. 外部组件选择

• 增益设置：LM4671的增益由外部电阻Ri设置，最佳THD + N性能在增益为2V/V（6dB）时实现。建议使用公差为1%或更好的电阻来设置增益，并将Ri电阻靠近LM4671的输入引脚放置。
• 输入电容：对于某些应用或单端源，可能需要输入电容来阻挡源端的直流电压，使LM4671输入端子之间的直流电压为0V。输入电容与输入电阻Ri形成高通滤波器，可通过公式fC = 1 / (2πRi Ci )计算-3dB点。同时，输入电容还可用于去除低频音频，例如在GSM手机中，将高通滤波器的截止频率设置在电源噪声频率（217Hz）以上，可过滤掉电源噪声。

六、电路配置多样

1. 差分电路配置

• 直流耦合差分输入配置：这是最简单且性能最佳的配置，可使用公式(A{V}=2 * 150 k Omega / R{i})确定Ri电阻的值以实现所需增益。
• 带输入电容的差分配置：可使用公式(fC = 1 / (2πRi Ci ))确定Ci电容的值以实现所需的频率响应，同时使用上述增益公式确定Ri电阻的值。
• 双差分输入配置：可独立设置每个输入的增益，实现最大的设计灵活性。

2. 单端电路配置

• 对于单端源，需要输入电容来阻挡输入端子的直流电压。增益和频率响应的计算公式与差分配置相同。
• 当使用多个单端源时，应确保每个输入端子的阻抗相等，可通过计算等效电容和电阻来确定外部组件的值。

七、总结

LM4671以其高效、灵活、低功耗等诸多优势，成为便携式电子设备音频放大的理想选择。在设计过程中，合理考虑PCB布局、电源旁路、关机功能和外部组件选择等因素，能够充分发挥其性能优势，为用户带来卓越的音频体验。你在使用LM4671或其他音频放大器时，遇到过哪些有趣的问题或挑战呢？欢迎在评论区分享。