LM4863典型應(yīng)用圖
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應(yīng)用信息
裸露DAP封裝PCB裝置考慮事項(xiàng)
裸露DAP封裝必須連接到地。LM4863裸露DAP封裝需要特別注意它的散熱設(shè)計(jì)。如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)奶幚砩嵩O(shè)計(jì)問(wèn)題，LM4863在驅(qū)動(dòng)4Ω阻值時(shí)將進(jìn)入熱關(guān)斷。
在LM4863底部的裸露DAP封裝必須焊接到電路板的銅襯墊上。裸露DAP封裝的熱量通過(guò)一個(gè)銅面?zhèn)鏖_(kāi)。如果銅面不在電路板的頂層表面上，需要使用8-10個(gè)直徑小于或等于0.013英寸的通孔來(lái)把裸露DAP封裝熱耦合到銅平面上。
由于銅面是用來(lái)把裸露DAP封裝中的熱量散發(fā)出去，所以它應(yīng)當(dāng)盡可能的大一些。如果散熱片和放大器共用同一層PCB板，5V電壓下驅(qū)動(dòng)4Ω的負(fù)載，至少需要使用2.5in2面積的散熱片。不放在同一PCB層的LM4863在相同負(fù)載和工作電壓下則需要5in2。如果周?chē)h(huán)境溫度大于25℃，需要增大散熱片的面積或使用風(fēng)扇來(lái)確保LM4863的結(jié)溫低于150℃的關(guān)斷溫度。在功率特征曲線中有更多的說(shuō)明。
當(dāng)LM4863驅(qū)動(dòng)3Ω負(fù)載情況時(shí)需要另加風(fēng)扇。當(dāng)環(huán)境溫度很高時(shí)，需要更大風(fēng)力的風(fēng)扇或更大面積的散熱片以避免器件進(jìn)入熱關(guān)斷。
驅(qū)動(dòng)3Ω和4Ω負(fù)載時(shí)PCB布局及注意事項(xiàng)
由于使用了低阻抗的負(fù)載，LM4863輸出管腳連線電阻的大小會(huì)對(duì)輸出功率有非常大的影響。從LM4863的輸出端到負(fù)載或負(fù)載連接器的連線必須盡可能寬。輸出連線的任何電阻都會(huì)降低輸出功率。舉例來(lái)說(shuō)，在輸出使用一個(gè)4Ω的負(fù)載以及0.1Ω的連線電阻，那么負(fù)載的輸出功率會(huì)從2.2W降低到2.0W。
輸出功率的大小還取決于基準(zhǔn)電源。為了在大輸出功率的情況下避免電源電壓降低，電源連線也應(yīng)當(dāng)盡可能寬。
橋式配置說(shuō)明
如上圖所示，LM4863內(nèi)部有兩對(duì)運(yùn)放。第一個(gè)放大器的增益是外部配置結(jié)構(gòu)決定的，而第二個(gè)放大器是內(nèi)部固定增益為單位增益，構(gòu)成倒相裝置。第一個(gè)放大器的閉環(huán)增益是通過(guò)調(diào)節(jié)Rf 與Ri之間的比率來(lái)確定的，而第二個(gè)放大器的增益是通過(guò)兩個(gè)20KΩ的內(nèi)連電阻來(lái)固定的。圖1顯示了放大器1的輸出端作用于放大器2的輸入端，這導(dǎo)致了兩個(gè)放大器分別產(chǎn)生了幅值相等但有180°相位差的信號(hào)。因此，IC每個(gè)通道的差模增益是：
AVD = 2 x (Rf / Ri)
通過(guò)對(duì)負(fù)載差分的驅(qū)動(dòng)到輸出端+OUTA和-OUTA或+OUTB和-OUTB。放大器配置通常是參照“橋式”建立的。橋式工作不同于經(jīng)典的單端輸出放大器結(jié)構(gòu)，單端輸出結(jié)構(gòu)的放大器的負(fù)載一端是接地的。
橋式放大器設(shè)計(jì)比起單端輸出結(jié)構(gòu)有許多明顯的優(yōu)勢(shì)。比如，橋式結(jié)構(gòu)給負(fù)載提供了差分驅(qū)動(dòng)，這樣使輸出擺幅加倍。在相同的條件下，橋式結(jié)構(gòu)的輸出功率甚至可以達(dá)到單端輸出模式下的四倍。輸出功率的增加是假設(shè)放大器在不受電流限制和削減的情況下。為了選擇放大器的閉環(huán)增益而不過(guò)度的削減電流，請(qǐng)參照音頻功率放大器部分。
橋式結(jié)構(gòu)比起單端輸出結(jié)構(gòu)的放大器還有別的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)椴罘州敵?/span>+OutA,-OutA,+OutB,-OutB,被偏置在半電源上。電路網(wǎng)絡(luò)的直流電壓沒(méi)有通過(guò)負(fù)載。這就排除了對(duì)輸出耦合電容的需要。如果在單端輸出結(jié)構(gòu)中沒(méi)有使用輸出耦合電容，那么通過(guò)負(fù)載的半電路電源偏置會(huì)導(dǎo)致IC內(nèi)部的功率耗散和對(duì)擴(kuò)音器的永久傷害。
功耗
無(wú)論放大器是采用橋式結(jié)構(gòu)或是單端輸出結(jié)構(gòu)。在放大器的設(shè)計(jì)中，功耗都將是一個(gè)首要考慮的問(wèn)題。公式2顯示了在給定電源電壓和所驅(qū)動(dòng)負(fù)載的情況下，放大器在單端輸出結(jié)構(gòu)下運(yùn)行時(shí)的最大功耗點(diǎn)。
PDMAX = (VDD)2 / (2π2 RL) 單端輸出 (2)
然而，在橋式放大器中，所傳遞到負(fù)載功率增加的直接后果就是內(nèi)部功率耗散的增加。公式2顯示了當(dāng)橋式放大器運(yùn)行在相同情況下的最大功率耗散點(diǎn)。
PDMAX = 4 x (VDD)2 / (2π2 RL) 橋式輸出 (3)
既然LM4863是雙通道功率放大器。依據(jù)不同模式，LM4863的最大內(nèi)部功率耗散是公式2或公式3所得值的兩倍。盡管LM4863在功率耗散方面確實(shí)的增加，但它并不需要熱沉。從公式3中得到的功率耗散是假設(shè)在5V的電源供電和8Ω的負(fù)載情況下的，而且它的值也不能大于從公式4中所得到的功率耗散的值：
PDMAX = (TJMAX − TA) / θJA (4)
LM4863的TJMAX=150℃，此外，還取決于系統(tǒng)周?chē)沫h(huán)境溫度。公式4可以用通過(guò)IC封裝來(lái)找到內(nèi)部最大功率耗散。如果公式3的結(jié)果大于了公式4的結(jié)果。那么或者降低電源電壓、使負(fù)載阻抗升高，或者降低環(huán)境溫度。在5V電源供電、8Ω橋式負(fù)載的典型應(yīng)用中，不影響最大節(jié)溫的最大環(huán)境溫度大約在48℃。它確保了器件維持在最大功率耗散點(diǎn)附近，內(nèi)部功耗也是輸出功率的函數(shù)。如果典型工作下不在最大功耗附近，可以增加環(huán)境溫度。參考典型性能特性曲線。
電源旁路
當(dāng)使用任何功率放大器，恰當(dāng)?shù)碾娫磁月穼?duì)低躁聲性能和高電源抑制性是至關(guān)重要的。在旁路和在電源管腳上的電容應(yīng)當(dāng)盡可能地靠近器件。在半電路的電源旁路采用較大的電容提高了電源抑制比，因?yàn)樗黾恿税腚娐冯娫吹姆�(wěn)定性。在典型應(yīng)用中，使用5V的校準(zhǔn)電壓和10μf和0.1μf的旁路電容來(lái)增加電源濾波。但這并不能消除我們對(duì)電源網(wǎng)絡(luò)旁路的需要。旁路電容的大小是取決于我們想達(dá)到的電源抑制比要求、沖擊響應(yīng)等因素。在外部構(gòu)件的正確選取部分有更多介紹。
低功耗關(guān)斷功能
為了減少在IC不使用時(shí)候的功耗，LM4863擁有一個(gè)關(guān)斷管腳，可以從外部關(guān)斷放大器的偏置回路。當(dāng)邏輯高電位被置于關(guān)斷管腳時(shí)，放大器被關(guān)斷。典型情況下，介于邏輯低電位和高電位之間的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)是半電路電源。在接地端和電源VDD之間轉(zhuǎn)變是最好的，這樣可以提供最佳的器件性能。如果把關(guān)斷管腳轉(zhuǎn)接到VDD。在閑置下，LM4863的電源電流降將最小化。當(dāng)關(guān)斷管腳電壓小于VDD，器件將失效。閑置電流將大于0.7μA的典型值。在其他情況下，關(guān)斷管腳應(yīng)當(dāng)連接在固定的電壓上，這樣可以避免不必要的工作狀態(tài)改變。
在許多應(yīng)用中，一個(gè)微控制器或是微處理器的輸出是用來(lái)控制關(guān)斷回路的。這樣使器件能夠流暢而又迅速的轉(zhuǎn)變到關(guān)斷模式下。另一種方法是在與外部上拉電阻的連接處使用一個(gè)單極點(diǎn)的開(kāi)關(guān)。當(dāng)開(kāi)關(guān)被閉合時(shí)，關(guān)斷管腳連接到了接地端，放大器正常工作。一旦開(kāi)關(guān)被打開(kāi)，外部的上拉電路會(huì)使LM4863失效。這樣的設(shè)置保證了關(guān)斷管腳不會(huì)懸空，從而避免了不需要的工作狀態(tài)的改變。
選擇適當(dāng)?shù)耐獠吭?o:p>
在集成功率放大器的應(yīng)用中，選擇適當(dāng)?shù)耐獠繂卧獙?duì)優(yōu)化器件和系統(tǒng)的性能來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。當(dāng)LM4863連接到各式各樣的外部元件時(shí)，對(duì)元件取值的選取必須以優(yōu)化綜合系統(tǒng)質(zhì)量為目標(biāo)。
LM4863單位增益是穩(wěn)定的，給予了設(shè)計(jì)者最優(yōu)的系統(tǒng)性能。LM4863應(yīng)當(dāng)被用于低增益的結(jié)構(gòu)來(lái)減少THD+N值、增大信噪比。低增益結(jié)構(gòu)需要較大的輸入信號(hào)來(lái)得到想要達(dá)到的輸出功率。大于或等于1Vrms的輸入信號(hào)能從諸如音頻編碼器之類的信號(hào)源處獲得。想要更多對(duì)增益選擇的完整說(shuō)明，請(qǐng)參考音頻功率放大器設(shè)計(jì)部分。
除了增益以外，另一個(gè)我們主要考慮的參數(shù)是放大器的閉環(huán)帶寬。放大器的帶寬在很大程度上是由外部元件的選擇來(lái)確定的。如圖1所示，輸入耦合電容Ci 形成了一個(gè)高通濾波器。高通濾波器限制了低頻響應(yīng)。很清楚，我們必須根據(jù)所需要的頻率響應(yīng)才能來(lái)來(lái)確定所要取的值的。
電流沖擊響聲回路
LM4863含有減少開(kāi)啟瞬態(tài)電流和電流沖擊響聲的回路。在這種情況下，開(kāi)啟指的是電源的開(kāi)啟或者是器件剛脫離關(guān)斷模式。當(dāng)器件啟動(dòng)時(shí)，放大器內(nèi)部設(shè)置的與單位增益緩沖器一樣。一個(gè)內(nèi)部的電流源升高了旁路管腳的電壓。理想情況下，輸入和輸出跟隨旁路管腳的電壓。器件將一直維持在緩沖器工作模式下直到旁路管腳的值達(dá)到它電源電壓的一半，1/2VDD。一旦旁路節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定后，器件將進(jìn)入完全工作狀態(tài)，此時(shí)的增益是由外部電阻決定的。
盡管旁路管腳的電流源是不能改變的。但CB的大小是可以通過(guò)調(diào)節(jié)器件的開(kāi)啟時(shí)間和電流沖擊響聲的量來(lái)改變的。然而，我們必須在使用大的旁路電容和增加這個(gè)器件的啟動(dòng)時(shí)間之間折衷。CB的大小與所需的開(kāi)啟時(shí)間是有線性對(duì)應(yīng)的關(guān)系的。這里是一些CB的值和其所需的典型開(kāi)啟時(shí)間。
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CB
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TON
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0.01μF
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20 ms
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0.1μF
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200 ms
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0.22μF
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440 ms
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0.47μF
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940 ms
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1.0μF
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2 Sec
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為了消除電流沖擊響聲，在器件開(kāi)啟前，所有的電容必須先放電�？焖俚拈_(kāi)啟或關(guān)閉器件的開(kāi)關(guān)或者器件的關(guān)斷功能會(huì)使電流沖擊響應(yīng)回路不能充分的工作，從而增加了電流沖擊響應(yīng)噪聲。在單端輸出結(jié)構(gòu)中，我們尤其需要注意輸出耦合電容CO。該電容通過(guò)內(nèi)部的20KΩ的電阻進(jìn)行放電。放電的時(shí)間常量也能依據(jù)CO的尺寸來(lái)適當(dāng)?shù)脑龃�。為了減少在單端輸出模式下的瞬態(tài)電流，必須把一個(gè)阻值大約在1KΩ-5KΩ的外部電阻與內(nèi)部該20KΩ的電阻并聯(lián)放置。使用這個(gè)電阻會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)電流的增加，我們必須對(duì)此進(jìn)行折衷。
無(wú)負(fù)載設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
如果LM4863的輸出端有一個(gè)高于10KΩ阻值的負(fù)載，LM4863可能在高電位輸出時(shí)會(huì)顯現(xiàn)一些振蕩。為了防止這振蕩的出現(xiàn)，我們必須在功率輸出和接地端之間連接一個(gè)5KΩ的電阻。
音頻功率放大器設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)一個(gè)1W/8Ω的橋式音頻放大器
給予以下參數(shù)：
輸出功率： 1Wrms
負(fù)載阻抗： 8Ω
輸入電平： 1Vrms
輸入阻抗： 20KΩ
帶寬：
推薦 100Hz-20kHz±0.25dB
設(shè)計(jì)者必須首先確定所需的電源范圍，以獲得規(guī)定的輸出功率。一種方法是從典型性能特性部分中的輸出功率-電源電壓曲線圖可以很容易推出電源范圍。確定所需電源范圍的第二種方式是用等式（3）計(jì)算所需的VOPEAK，并且要增加失調(diào)電壓。用這方法，最小電源電壓是(Vopeak+(2*Vod))，我們可以從典型性能特征部分的“失調(diào)電壓-電源電壓”曲線圖推出VOD。
Vopeak= (5)
從“輸出功率-電源電壓”曲線圖中可見(jiàn)負(fù)載為8Ω時(shí)最小工作電源電壓為3.9V。但在許多應(yīng)用中，標(biāo)準(zhǔn)電源電壓為5V，非常接近所給的電源電壓。額外的電源電壓產(chǎn)生動(dòng)態(tài)空間，允許CSC4863FN產(chǎn)生一個(gè)峰值超過(guò)1W而沒(méi)有斷碎的可聽(tīng)失真信號(hào)。同時(shí)，設(shè)計(jì)者必須確保電源電壓和輸出阻抗不能超過(guò)在功耗部分。
一旦功耗因素滿足條件后，所需要的差分增益可以由公式（5）決定。
AVD≥ =Vorms/Vinrms (6)
Rf/Ri=AVD/2
從公式（5）得最小的AVD=2.83。此時(shí)，我們?nèi)?/span>AVD=3。
由于想要的輸入阻抗是20KΩ，AVD=3，以及RF和RI1.5：1的比率。由次可得RI 的值是20Ω、RF的值是30Ω。最后的設(shè)計(jì)是確定-3dB頻率帶寬規(guī)格。則要求低頻響應(yīng)至少擴(kuò)充了最低帶寬頻率限制點(diǎn)的1/5 或最高帶寬頻率限制點(diǎn)的5倍，當(dāng)帶寬限制為0.17dB時(shí)，能滿足這兩個(gè)要求，這比所要求的 0.25dB要好。這就使得低頻和高頻極點(diǎn)分別為:
fL = 100Hz/5 = 20Hz
FH = 20kHzx5 = 100kHz
如在外部組件部分所描述的，RI和Ci 連接形成一個(gè)高通濾波器以截止低頻率信號(hào)。
Ci≥
≥1/(2π*20kΩ*20Hz) = 0.398μF
產(chǎn)品的高頻極值fH和差分增益AVD決定了高頻響應(yīng)的頻率點(diǎn)。由AVD=3，fH =100kHZ可得閉環(huán)增益帶寬是150kHZ。該值比LM4863那FN3.5MHZ的閉環(huán)增益帶寬要小的多。LM4863仍能正常使用而不會(huì)產(chǎn)生帶寬問(wèn)題。
推薦 PCB 板布局
下圖為推薦的20管腳LM4863的MTE封裝形式PCB應(yīng)用電路板版面及聯(lián)接點(diǎn)布局圖，本電路板適用于5V電源電壓4Ω揚(yáng)聲器負(fù)載的測(cè)試、應(yīng)用電路。這個(gè)電路板使用起來(lái)很簡(jiǎn)單，VDD和GND焊點(diǎn)分別連到5V的電壓和地，兩個(gè)4Ω的揚(yáng)聲器負(fù)載分別連在電路板-OUTA和+OUTA焊點(diǎn)、-OUTB和+OUTB焊點(diǎn)之間。
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詳細(xì)的產(chǎn)品資料親查閱：http://m.uxxk.cn/products_3551.htm |
