D類耳機放大器芯片NJU8721及其應(yīng)用

1 概述
立體聲耳機是一種應(yīng)用非常廣泛的便攜式音頻裝置。新日本無線電(NJR或JRC)公司推出的NJU8721單片IC是一種50mW+50mW的立體聲D類數(shù)字耳機放大器。該芯片以6階Δ-E調(diào)制為主要特征，且內(nèi)含數(shù)字衰減器、靜音和去加重電路。NJU8721的功能是將數(shù)字源輸人信號轉(zhuǎn)換成PWM信號輸出，然后再利用外部LC濾波器將PWM信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，從而使耳機發(fā)出聲響。它是開關(guān)型(D類)放大器，最大優(yōu)點是效率高，因而特別適合于在便攜式音頻裝置中應(yīng)用。
2 主要功能與特點
NJU8721芯片內(nèi)含上電復(fù)位電路、同步電路、串行音頻數(shù)據(jù)接口、控制電路、8f。過采樣數(shù)字濾波器、6階32fsΔ-∑與PWM電路以及左／右聲道輸出級等電路，圖1所示是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。

NJU8721采用CMOS20腳SSOP封裝。其主要功能特點如下:
從MCK端輸入的256fs時鐘可用作系統(tǒng)時鐘，音頻DAC采樣速率fs在28~100kHz之間。
內(nèi)置8fs過采樣數(shù)字濾波器，對音頻數(shù)據(jù)通過串行功能控制可實現(xiàn)衰減和去加重。
內(nèi)部32fs 6th, Δ-∑與PWM可將8fs的過采樣數(shù)字濾波器音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成32fs的1位PWM數(shù)據(jù)。
通過腳MODE(9腳)可選擇控制模式，具體方法如表1所列。

串行數(shù)字音頻數(shù)據(jù)接口格式可在I2s、對齊的(justified)最高位(MSB)或最低位(LSB)中選擇，數(shù)據(jù)長度為16位或18位。串行音頻數(shù)據(jù)將在位時鐘(BCK)信號的上升沿產(chǎn)生，并從IC的DIN端(15腳)輸入到內(nèi)部移位寄存器。到達移位寄存器的數(shù)據(jù)將在左／右通道輸入時鐘(LRCK)的上升沿或下降沿被傳送。串行音頻數(shù)據(jù)時鐘(BCK)、左／右通道輸入時鐘(LRCK)與主時鐘(MCK)同步。
當(dāng)控制模式選擇在串行控制時，可用控制寄存器設(shè)定各種模式?？刂茢?shù)據(jù)將從F2／SCK的上升沿引入，同時在Fl／REQ的上升沿被置位并進入控制寄存器。在F1／REQ上升脈沖到來之前，最后8位數(shù)據(jù)有效。圖2為控制寄存器的時序圖。

表2所列是NJU8721的串行數(shù)據(jù)格式?，F(xiàn)對其中的具體含義介紹如下：
(1)ATYN6-ATTNO
當(dāng)B7為"0"時，B0-B6可用于設(shè)定衰減數(shù)據(jù)。衰減值(ATF)為：
ATT=DATA-121
式中：DATA為衰減點的衰減值，式中的單位為dB，該衰減器共設(shè)107階(步)。
(2)DEMP0和DEMPl
DEMP0和DEMPl用于控制去加重開／關(guān)和采樣頻率，具體控制方法如表3所列。

(3)MUTE
MUTE用于控制靜音操作，當(dāng)MUTE為0時，靜音操作關(guān)閉，為1時開通。芯片默認(rèn)狀態(tài)為靜音關(guān)閉。
(4)F0、F1和F2
F0、F1、F2與FO／DATA、F1／REQ、F2／SCK腳的控制方法相同，其主要作用是選擇數(shù)字音頻接口格式，具體操作如表4所列。
(5)lIST
當(dāng)復(fù)位端lIST為"廠時，復(fù)位接通，當(dāng)RST為"0"時，復(fù)位截止。
(6)TRST
當(dāng)TRST為"廠時，數(shù)據(jù)總線接通；當(dāng)TRST為"0"時，數(shù)據(jù)總線設(shè)置關(guān)閉。
(7)MUTY2-MUTF0
MUTF2-MUrlT0用于設(shè)定衰減器過渡時間。具體的設(shè)定方法如表5所列。

3 主要參數(shù)
NJU8721的主要參數(shù)據(jù)指標(biāo)如下：
電源電壓VDD：3~3．6V；
驅(qū)動電壓VDDL／VDDR:VDD~5．25V；
電源電流IDD：9mA(無載和無信輸入時典型值);
待機電流IST:小于10μA;
輸入電壓范圍：VIN=0．7VDD-VDD；VIL=0~0.3VDD；
效率大于80％；
輸出THD小于0．1％(RL=16Ω，Vo=-6dB);
輸出功率：P01=48mW+48mW(RL=16Ω,V0=0dB)，P02：80mW+80mW(V0=0dB，RL=8Ω)；
信噪比：S／N≥80dB；
通帶響應(yīng)：PR≤1dB(20Hz~20kHz)；
工作溫度范圍：-40~+85C。
4 典型應(yīng)用
NJU8721的典型應(yīng)用電路如圖3所示。其中3．3V電源電壓加至IC的20腳，開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器輸出的3．3~5．25V的穩(wěn)定電壓分別加到IC的5腳和6腳，從而為輸出驅(qū)動器電路提供DC偏置。數(shù)字音頻數(shù)據(jù)從12腳-15腳輸入后，即可通過IC的1腳、9腳、10腳和16-19腳輸入模式控制信號。在IC的4腳和7腳上的PWM信號分別經(jīng)LC濾波器轉(zhuǎn)換后可產(chǎn)生模擬音頻信號以驅(qū)動兩個聲道上的16Ω耳機。