【導讀】耗電顯示器不是與電池供電的便攜式
、可穿戴和物聯網設備接口的最有效媒介。因此
，低功耗音頻正迅速成為一種更受歡迎的替代品。在本設計解決方案中，我們回顧了D類數字音頻放大器
，並討論了一些當前解決方案的限製
，然後介紹了一種巧妙封裝的IC，該IC需要最少的配置即可快速為這些應用帶來高質量的音頻。

耗電顯示器不是與電池供電的便攜式
、可穿戴和物聯網設備接口的最有效媒介。因此
，低功耗音頻正迅速成為一種更受歡迎的替代品。在本設計解決方案中
，我們回顧了D類數字音頻放大器，並討論了一些當前解決方案的限製，然後介紹了一種巧妙封裝的IC，該IC需要最少的配置即可快速為這些應用帶來高質量的音頻。

介紹

“Video Kill the Radio Star”——The Buggles 1979 年的熱門唱片是關於音頻娛樂消亡的，然後通過無線 AM/FM 無線電接收器提供（圖 1），就像視頻（以電視為幌子）開kai始shi崛jue起qi一yi樣yang。當dang時shi，樂le隊dui從cong未wei想xiang象xiang過guo一yi個ge世shi界jie，便bian攜xie式shi電dian子zi設she備bei可ke以yi讓rang我wo們men立li即ji流liu式shi傳chuan輸shu我wo們men選xuan擇ze的de任ren何he電dian影ying

，或huo者zhe讓rang我wo們men用yong接jie近jin電dian影ying製zhi片pian廠chang質zhi量liang的de視shi頻pin記ji錄lu我wo們men的de日ri常chang生sheng活huo。然ran而er，當dang伴ban隨sui著zhe同tong樣yang高gao質zhi量liang的de音yin頻pin時shi，高gao質zhi量liang的de視shi頻pin是shi最zui欣xin賞shang的de，可ke以yi說shuo，在zai隨sui後hou的de幾ji年nian中zhong，用yong戶hu的de音yin頻pin體ti驗yan被bei不bu可ke原yuan諒liang地di忽hu視shi了le。它ta已yi成cheng為wei便bian攜xie式shi電dian子zi設she備bei（如可穿戴設備
，AR / VR和緊湊型物聯網產品）上可用的無數複雜功能的“不良關係”。用戶已經習慣於對來自這些設備的音頻抱有很高的期望。“畢竟
，它隻是一個手機，”這是一個經常重複的口頭禪，已經變得太熟悉了。

然而，隨著可穿戴設備和物聯網設備的激增，一個可喜的變化正在發生。用戶和設計人員都意識到，大屏幕
、耗(hao)電(dian)屏(ping)幕(mu)不(bu)適(shi)合(he)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)的(de)移(yi)動(dong)設(she)備(bei)。因(yin)此(ci)，語(yu)音(yin)和(he)音(yin)頻(pin)正(zheng)迅(xun)速(su)成(cheng)為(wei)控(kong)製(zhi)和(he)接(jie)收(shou)來(lai)自(zi)這(zhe)些(xie)設(she)備(bei)的(de)信(xin)息(xi)的(de)首(shou)選(xuan)媒(mei)介(jie)。用(yong)戶(hu)還(hai)要(yao)求(qiu)獲(huo)得(de)比(bi)目(mu)前(qian)更(geng)好(hao)的(de)音(yin)頻(pin)體(ti)驗(yan)。是(shi)的(de)，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)很(hen)容(rong)易(yi)責(ze)怪(guai)便(bian)攜(xie)式(shi)設(she)備(bei)的(de)緊(jin)湊(cou)外(wai)形(xing)限(xian)製(zhi)了(le)揚(yang)聲(sheng)器(qi)尺(chi)寸(cun)。但(dan)是(shi)，在(zai)許(xu)多(duo)情(qing)況(kuang)下(xia)，導(dao)致(zhi)音(yin)頻(pin)質(zhi)量(liang)差(cha)的(de)不(bu)是(shi)揚(yang)聲(sheng)器(qi)，而(er)是(shi)驅(qu)動(dong)它(ta)的(de)放(fang)大(da)器(qi)。在(zai)此(ci)設(she)計(ji)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)中(zhong)
，我(wo)們(men)研(yan)究(jiu)了(le)集(ji)成(cheng)和(he)配(pei)置(zhi)許(xu)多(duo)數(shu)字(zi)D類放大器以用於便攜式電子設備的一些困難。然後，我們展示了一款小巧、低功耗
、D類lei數shu字zi音yin頻pin放fang大da器qi，可ke以yi無wu縫feng集ji成cheng，為wei用yong戶hu提ti供gong無wu與yu倫lun比bi的de感gan官guan體ti驗yan，並bing以yi此ci證zheng明ming音yin頻pin複fu興xing的de合he理li性xing，使shi其qi成cheng為wei與yu便bian攜xie式shi電dian子zi設she備bei接jie口kou的de首shou選xuan媒mei介jie。

數字D類放大器

由於其高效率和出色的EMI性能
，無濾波器數字輸入D類lei放fang大da器qi已yi成cheng為wei消xiao費fei電dian子zi設she備bei中zhong驅qu動dong揚yang聲sheng器qi的de公gong認ren標biao準zhun。這zhe是shi因yin為wei它ta們men不bu受shou與yu模mo擬ni對dui應ying物wu相xiang關guan的de電dian路lu板ban設she計ji問wen題ti的de影ying響xiang，最zui具ju體ti地di說shuo是shi信xin號hao完wan整zheng性xing。單dan通tong道dao數shu字ziD類放大器可以放置在電路板上的遠程位置，以最大限度地減少大電流電池和揚聲器負載連接的布線。這些放大器不需要模擬輸入D類設計所需的DAC和線路驅動器。因此
，空間和係統成本下降，設計變得更加簡單。許多D類放大器接受脈衝編碼調製（PCM）或I類放大器2需要三根導線的 S 數據：BCLK、LRCLK 和 DIN（圖 2）。PCM 數據格式不需要調製器或應用處理器上數據的上采樣來提供立體聲數據。

圖2.PCM 輸入 D 類
，使用三根線。

然而，一些傳統的數字輸入放大器存在一些缺點。其中一個限製是需要一個單獨的、幹淨的主時鍾（MCLK）來得出無抖動的采樣時鍾。其他放大器提供可調采樣速率和/或位深度
，但這可能需要複雜的編程。此外，大多數數字輸入放大器需要兩個電源電壓：低數字電源電壓（1.8V）和高揚聲器電源電壓（2.5V至5.5V）。與其使用相關的另一個問題是EMI。對於高質量音頻應用，許多D類放大器需要額外的濾波來限製EMI的影響
，從而進一步增加電路板尺寸/成本。在選擇放大器連接到觸覺驅動器時，快速的導通時間（小於幾毫秒）很重要，否則該器件必須保持永久通電狀態，從而導致便攜式設備的電池消耗得更快。

更簡單、更小

圖3所示的IC解決了這些設計問題的所有方麵，並具有提供更簡單、更小
、更低功耗的解決方案的額外優勢。

圖3.MAX98360數字D類放大器

與舊的D類放大器不同，該IC使用自動采樣率和位深度配置，無需複雜的編程，並提供簡單有效的“即插即用”音頻解決方案。它具有靈活的音頻接口，支持I2S、左對齊和 8 通道時分複用 （TDM） 數據格式。它接受 8kHz、16kHz、32kHz
、44.1kHz、48kHz、88.2kHz 和 96kHz 采樣速率
，I中的數據字可以是 16 位、24 位或 32 位2S 和左對齊模式以及 TDM 模式下的 16 位或 32 位。10μV 保證了高品質音頻有效值輸出噪聲、80dB PSRR 和 110dB 動態範圍規格
，對於揚聲器靠近耳朵的設備（例如 AR/VR 和可穿戴設備）以及在安靜環境中使用的設備（睡眠輔助設備）來說
，這些規格尤其重要。

與其他D類放大器相比，該放大器具有多種功率優勢。它隻能采用一個電源電壓（2.5V至5.5V）工作。它可以接受低至 1.2V 的輸入邏輯電壓電平（這意味著不需要電平轉換器），但它足夠堅固，可以承受高達 5.5V 的輸入電壓。它還以高達 92% 的效率運行，從而減少電池消耗。

另一個有益的特性是，如果DAIn引腳保持低電平
，IC會自動進入超低功耗模式
，在該模式下，IC吸收1.5μA的微小待機電流。這大大降低了功耗
，在沒有主機 GPIO 可用於控製 EN 引腳的應用中非常有益。但是
，需要注意的是，EN引腳可用於通過將IC置於關斷模式來實現額外的節能效果，在該模式下
，IC僅消耗15nA電流。

方便的是，它還具有非常快的1ms導通時間（比類似的D類放大器快4倍），即使在連接到LRA觸覺驅動器時，也可以在超低功耗1.5μA待機模式下等待。

該 IC 還具有其他一些顯著優勢
，有助於最大限度地減小電路板尺寸/成本。首先，它有1.9毫米的微小尺寸。29 引腳 WLP 具有巧妙的引腳布局，旨在消除對昂貴電路板過孔的需求。如圖4所示，GAIN_SLOT引腳（位於封裝中心）可以方便地連接到VDD或 GND（直接或使用電阻器）或保持未連接狀態，以提供 I2S/左對齊增益設置如表1所示。

圖4.將GAIN_SLOT連接到 VDD或 GND 用於所需的增益設置。

其次，該器件無需額外的D類濾波即可實現圖5所示的卓越EMI性能。由於隻需要一個外部旁路電容器，因此整體解決方案尺寸僅為3.69mm2.

圖5.MAX98360 EMI性能

，采用12in.帶狀線負載。

總結

隨著音頻接口迅速成為電池供電的可穿戴設備、物聯網設備和其他類型的小型便攜式電子設備的普遍功能，設計人員正在尋找更簡單
、更具成本效益的方法來為其設備添加高質量音頻。在此設計解決方案中
，我們回顧了將某些D類放大器集成到空間受限應用中的困難。我們可以得出結論
，新一代靈活的低功耗數字輸入D類音頻放大器為將音頻集成到任何類型的電子設備中的任務帶來了“即插即用”的簡單性
，使其成為便攜式設備
，可穿戴設備和物聯網設備的理想選擇。MAX98360除采用9引腳WLP封裝外，還提供10引腳FC2QFN封裝。

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