Maxim Integrated Products推出業(yè)界第一款單聲道、G類放大器MAX9788，專門設(shè)計用于驅(qū)動大容性負(fù)載的壓電揚聲器。
陶瓷壓電揚聲器的最大優(yōu)點在于其具有很薄的外形尺寸。但要充分發(fā)揮陶瓷揚聲器在外形尺寸上的優(yōu)勢，運放也需要具有緊湊的解決方案。此外，由于電池的效率同時也是移動電話設(shè)計中的一個重要指標(biāo)，因此運放的效率也往往成為優(yōu)化音頻解決方案的關(guān)鍵所在。為了應(yīng)對這一系列設(shè)計挑戰(zhàn)，MAX9788采用全新的技術(shù)為陶瓷揚聲器供電，可構(gòu)建高效而緊湊的解決方案。
MAX9788集成反向電荷泵電源，可以在單節(jié)鋰離子(Li+)電池供電的條件下輸出高達16VP-P的電壓。該電荷泵無需使用電感即可實現(xiàn)高效的倍壓。器件采用小尺寸、2mm x 2.5mm UCSP封裝，其放大器理想用于下一代超小型電子設(shè)備。
陶瓷壓電揚聲器設(shè)計難點
與動圈式揚聲器不同的是，壓電揚聲器利用壓電效應(yīng)實現(xiàn)電/聲轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)動圈式揚聲器具有4mm或者更高的厚度，而標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷壓電揚聲器的厚度僅為0.7mm，重量也往往小于一克。便攜式電子產(chǎn)品的尺寸和重量是設(shè)計中需要考慮的重要因素，因此壓電揚聲器所具有的小外型尺寸在這類應(yīng)用中極具吸引力。
盡管在尺寸上具有明顯的優(yōu)勢，然而目前壓電揚聲器并沒有得到廣泛應(yīng)用。壓電揚聲器應(yīng)用的主要障礙主要在于缺少合適的放大器。
薄型陶瓷揚聲器要求具有較高的驅(qū)動電壓，以提供令人滿意的聲壓等級。而手持設(shè)備中常用到的揚聲器僅能承受最大7VP-P的電壓，壓電揚聲器產(chǎn)生相同的聲壓等級則需要提供兩倍以上的驅(qū)動電壓(最大15VP-P)。高驅(qū)動電壓的需求給便攜式產(chǎn)品的揚聲器放大器帶來難題，因為這些放大器往往無法提供這么高的驅(qū)動電壓。另外，壓電揚聲器具有與陶瓷電容相類似的電氣特性，而動圈式揚聲器從電氣特性上則更像一個電感。當(dāng)頻率升高時，壓電揚聲器所表現(xiàn)出的電容特性將需要更大的驅(qū)動電流，而常用的揚聲器所需的電流將隨著頻率的升高而減小。這一基本特性上的區(qū)別給放大器的設(shè)計帶來了極大的挑戰(zhàn)。
在MAX9788推出之前，壓電揚聲器的放大器通常采用基于電感的升壓轉(zhuǎn)換器和AB類放大器，以產(chǎn)生必要的輸出電壓。這類解決方案中所用到的電感需要占據(jù)很大的電路板空間，增加了成本以及最終方案所占用的空間。AB類放大器的效率比較低，也增大了電池功耗。
新型電荷泵解決方案
MAX9788采用電荷泵技術(shù)，可以在單節(jié)Li+電池供電的條件下，提供高達16VP-P的電壓輸出驅(qū)動能力，僅需最少的外部元件。通常情況下，Li+電池最大輸出4.2V電壓，而隨著電池的放電，電壓將降低到3.0V。MAX9788采用與Maxim公司的DirectDrive技術(shù)相類似的反向電荷泵技術(shù)，可以在不使用任何電感的前提下實現(xiàn)電源倍壓。器件僅需兩個小尺寸而且很便宜的外部陶瓷電容，即可產(chǎn)生反向電壓。
MAX9788內(nèi)置另一路負(fù)電壓輸出，因此內(nèi)部放大器可以工作在高達±5.5V的雙電源下，輸出將近20VP-P的電壓。典型應(yīng)用中，放大器可以由5V的穩(wěn)壓電源供電或直接由Li+電池供電，兩種情況下都可產(chǎn)生足夠高的電壓以驅(qū)動壓電揚聲器。
改善頻率響應(yīng)
MAX9788不僅能夠產(chǎn)生陶瓷揚聲器所需要的電壓，還能提供足夠的驅(qū)動電流。陶瓷揚聲器具有與電容相仿的阻抗特性。因此，頻率越高，揚聲器的阻抗就越低。為保證高頻時電荷泵能在多數(shù)負(fù)載電流下不出現(xiàn)振蕩，MAX9788采用比DirectDrive放大器更大的電荷泵。該電荷泵可輸出高達500mA的連續(xù)電流，使放大器能夠在高頻和保證最佳音質(zhì)前提下，保持平坦的頻率響應(yīng)。
獨特的G類技術(shù)
MAX9788采用10V放大器替代手持設(shè)備中常見的5V放大器，因此有必要保持高效率以延長電池使用壽命。雖然D類技術(shù)具有很高的效率并且常被用于一些手持設(shè)備，但由于陶瓷揚聲器為純?nèi)菪载?fù)載，從而使D類技術(shù)不能兼容于陶瓷揚聲器。設(shè)計的挑戰(zhàn)顯而易見：MAX9788需要提供一些新的功能。G類放大器這一相對陌生的技術(shù)，卻可以很好的滿足這一應(yīng)用的要求。
G類放大器的工作原理和AB類放大器基本相同，但G類放大器采用多個電源電壓替代單個固定電壓。隨著輸入信號幅值的變化，G類放大器自動選擇適當(dāng)?shù)碾娫措妷�，降低輸出晶體管上的壓降，從而大大提高了效率。典型的G類放大器正常工作需要提供兩路正電源和地。高電壓用于為大信號輸出供電，而低電壓為小信號輸出供電。
MAX9788采用獨特的G類技術(shù)，利用電荷泵的反向輸出電壓替代高壓和低壓正電源。當(dāng)輸出小信號時，MAX9788的放大器采用電池電壓和地作為其輸入電源。在這一模式下，器件像典型的5V、AB類放大器一樣工作。當(dāng)輸出信號超過電源電壓時，放大器將切換到由電池和反向電荷泵輸出供電。放大器可以提供足夠的輸出信號，以驅(qū)動陶瓷揚聲器輸出最大聲壓等級。
總之，MAX9788采用反向電荷泵和G類技術(shù)，可構(gòu)建高效而緊湊的陶瓷壓電揚聲器供電方案。MAX9788已開始提供樣品，適用于下一代超薄電子產(chǎn)品中。
MAX9788工作在-40℃到+85℃的溫度范圍。器件起價為$0.65(1000片起，美國離岸價)。
采用MAX9788的典型陶瓷揚聲器應(yīng)用電路
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