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介紹了安森美半導體(On Semi)公司A-B類音頻功率放大器NCP2890的主要性能特點和基本工作原理,給出了用NCP2890設計音頻功放的典型應用電路和設計方法｡ 1 概述 NCP2890是安森美半導體(On Semi)公司推出的經濟高效､功能齊備的音頻系列產品中的第一款音頻功率放大器,它是專為手機和PDA等電池供電的無線設備而設計生產的,是一種質量非常優秀的無線應用A-B類音頻功率放大器,可為客戶提供卓越的音頻性能｡該器件在具有出眾的電源抑制比(PSRR)和總諧波失真加噪聲(THD+N)特性的同時,綜合了外部控制增益特征和可調式開機與關機延時功能,并具有“開機和關機”控制電路,能消除開啟和關閉此類音頻功率放大器時產生的可聽噪聲,可靈活應用于便攜式音頻設備的設計中｡NCP2890允許鋰離子或鋰聚合物電池直接供電,因而省卻了額外的低壓降穩壓器(LDO),同時減少了電路板的占用空間并降低了整體成本｡ 2 芯片結構與性能參數 為滿足特定市場的需求,NCP2890目前有Mi-crobump-9(2.25mm2)和Micro-8(14.7mm2)兩種不同的封裝形式,圖1所示為其引腳排列圖,各引腳的功能如表1列｡ Microbump -9 Micro8 名 稱 功能 A1 4 INM 音頻信號反輸入端,外接Rf與Rin A2 5 OUTA 反相輸出端,外接負載 A3 3 INP 同相輸入端 B1 NA VM_P 接地端 B2 7 VM 接地端 B3 6 Vp 電源輸入端,電壓范圍為2.2V-5.5V C1 2 BYPASS 外接旁路電容端 C2 8 OUTB 同相輸出端,外接負載 C3 1 SHUTDOWN 關斷控制端,低電平有效 NCP2890內部包括671個晶體管､1899個MOS門電路,因而具有極佳的音頻性能,表2給出了NCP2890的主要性能參數｡ 表2 NC2890主要性能參數 參數 最 小 標 準 最 大 單 位 電源電壓(Vp) 2.6 5.5 V 輸出功(Po) 0.28 1.08 W 效率(η) 63 % 靜態電流(Idd) 1.5 1.7 4.0 mA 總高次諧波加噪聲(THD+N) 0.02 % 電源抑制比(PSRR V+) -74 dB 信噪比(SNR) 84 dB 啟動電壓V(SDIH) 1.2 V 關閉電壓(VSDIL) 0.4 V 啟動時間(TWU) 285 ms 關閉時間(TSD) 385 ms 3 應用電路設計 圖2所示為NCP2890音頻功放的典型應用電路,由圖2可見,NCP2890外圍只有用來調節增益的兩個電阻､一個輸入耦合電容､一個旁路電容等少數幾個元件,因此所需外圍器件極其簡單｡ 3.1 電路工作原理 NCP2890內含兩個完全一樣的功率放大器,輸入的音頻信號經第一個功率放大器放大后從OUTA輸出｡電壓增益由外接電阻Rf與Rin的比值決定｡放大后的音頻信號再經增益為1的第二個功率放大器進行反相放大,并從OUTB輸出｡由于OUTA端與OUTB端輸出的音頻功率信號大小相等､相位相反,且兩個輸出端(OUTA和OUTB)的直流靜態電位相同(Vp/2),所以,揚聲器可以直接連接到OUTA與OUTB端,而不用增加輸出耦合電路｡兩個功率放大器的輸出級均采用PMOS和NMOS晶體管特殊設計而成｡正常導通時,其溝道電阻小于0.6Ω,因而其輸出波形失真非常小｡ 一般的功率放大器在開啟和關閉過程中會產生人耳可聽到的噪聲,為了消除這種可聽噪聲,在NCP2890內部專門設計了消噪聲電路｡開機時,邏輯高電平加到開關控制端,旁路電容Cby上的直流電壓值開始按指數規律增加,當電壓值達到共模電壓值(Vp/2)時,開始輸出功率(此過程大約50ms);而關機時,控制端接低電平,負載被連接到接地端,輸出功率為零,此時電路的直流靜態電流小于100nA｡ 3.2 電路元件參數設置 Rin與Rf用來設置放大器的閉環增益,為了優化NCP2890的性能,放大器的閉環增益應該設置在較低的水平,此時THD最小,信噪比最大,頻率響應范圍最寬｡所以在多數情況下,放大器的閉環增益一般設置在2~5之間,因此,輸入電阻(Rin)的取值D在20kΩ比較合適,而Rf則用來調節閉環增益以控制輸出功率｡ 輸入耦合電容Cin用來隔離放大器輸入端的直流電壓,同時可與Rin組成一個高通濾波器,但它會影響濾波器的下限截止頻率｡為了使低頻信號不至于衰減過大,理論上,Cin應該取較大的值,而較大容量電容的充放電時間較長,因此,需要較長的時間才能使輸入端的靜態電位達到Vp/2,而這易使輸出端產生開機噪聲｡所以,在多數情況下,Cin的取值一般在0.1~0.39μF之間比較合適(Rin=20kΩ時)｡ 旁路電容Cby是共模電壓(Vp/2)的濾波器,是決定開機時間的長短､減少開機噪聲的一個關鍵元件,在多數情況下,旁路電容Cby取1.0μF比較合適｡ R1和R2組成的分壓電路用于產生芯片的啟動電壓,一般R1取值100kΩ,設計時可根據電壓值來選擇R2的阻值,只要使分壓值約大于1.2V即可｡ 3.3 使用注意事項 當電路達到最大輸出功率Porms=1.0W,Vp=5.0V,RL=8.0Ω 時,負載上的峰值電流為500mA｡為了防止輸出負載斷路時產生過大的輸出電流,芯片內設置了輸出電流檢測電路,它可將最大輸出電路限定為800mA｡這樣,一旦輸出電流超過800mA時,輸出端的四個MOS晶體管將被門控電壓關斷而不再輸出電流｡ 當芯片溫度超過160℃時,內部放大器將被關閉而停止工作,直到溫度低于140℃時,內部放大器才重新啟動開始工作｡ 盡管NCP2890內部含有過流和過熱保護電路,但是在使用時,一定要注意供電電源電壓不能超過其極限值,以免造成芯片損壞｡ |
