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          用于MP3播放器塢站的D類、2.1聲道音頻放大器參考
          
						
          
				作者：
				時間：2011-09-30
				來源：網(wǎng)絡(luò)
				
				
				
				
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          用于MP3播放器塢站的D類、2.1聲道音頻放大器參考設(shè)計
          摘要：該參考設(shè)計介紹了D類音頻放大器MAX9736在立體聲塢站中的應(yīng)用。MAX9736的2.1聲道演示盒是一個完整的揚(yáng)聲器塢站，它使用了兩片MAX9736 IC，用于驅(qū)動由兩個2英寸衛(wèi)星揚(yáng)聲器和一個5英寸重低音揚(yáng)聲器構(gòu)成的三聲道揚(yáng)聲器系統(tǒng)。該參考設(shè)計非常適合在便攜式音頻播放器中作為主音源。方案的整體尺寸非常小，而且具有有源均衡、電源監(jiān)控以及重低音揚(yáng)聲器的動態(tài)均衡功能。 




          主要設(shè)計特性 
          • 完備的一體化設(shè)計 
          • 12V至20V直流電源供電 
          • 利用小音箱提供較高的SPL輸出 
          • 高效率的D類設(shè)計 
          • 有源EQ，包括動態(tài)低音均衡 
          • 高性價比驅(qū)動器提供出色的音質(zhì) 

          材料清單 
          DesignatorQtyDescription
          C11470μF ±20% 25V aluminum electrolytic capacitor
          Panasonic? EEU-FM1E471
          C2, C12, C31030.1μF ±10% 50V X7R ceramic capacitor (0603)
          Murata? GRM188R71H104K
          TDK C1608X7R1H104K
          C32111μF (0603)
          C16110μF (1206)
          C106, C109–111, C114, C206, C209–211, C21410NS (0603)
          C3–530.1μF ±10% 16V X7R ceramic capacitor (0603)
          Murata GRM188R71C104K
          TDK C1608X7R1C104K
          C1310.1μF (0603)
          C316–31720.1μF (0805)
          C30310.33μF (0603)
          C30210.47μF (0603)
          C305, C3072100nF (0603)
          C103–104, C203–204, C3015100pF (0603)
          C121, C220–221, C120, C314–3156100pF (0603)
          C117–119, C217–219610nF (0603)
          C107, C2072150pF (0603)
          C306, C308215nF (0603)
          C6–10, C15, C313, C318–320101μF ±10% 16V X7R ceramic capacitor (0603)
          Murata GRM188R71C105K
          TDK C1608X7R1C105K
          C312, C14, C31131μF (0603)
          C216, C11621μF (0805)
          C100–101, C200–20142.2μF (0805)
          C30412.2μF (0805)
          C102, C108, C112, C115, C202, C215, C300733pF (0603)
          C208, C212233pF (0603)
          C322133pF (0603)
          C113, C21324.7nF (0603)
          C105, C205268nF (0603)
          C11, C3092220μF ±20% 35V aluminum electrolytic capacitor (10mm x 12.5mm)
          Panasonic EEUFM1V221
          J3014-pin header
          HIROSE DF3A-4P
          U71Opto-FET (DIP6-SMT)
          Fairchild? H11F1SM
          L100–101, L200–201, L300–3016Ferrite bead (1206)
          FB11Ferrite bead (1206)
          J316-pin header
          J10, J2022-pin header
          HIROSE DF3A-2P
          J21RCA? dual jack PCB mount
          D11LED red (0603)
          D51LED blue (0603)
          Q21Transistor NPN (SOT23)
          Fairchild MMBT3904
          X1–22Connector, screw mount
          R71Potentiometer 100K SMT
          R3031Potentiometer 20K SMT
          J11Power jack, right angle
          Switchcraft? 722RA
          R1110kΩ ±5% resistor (0805)
          R110, R2102NS resistor (0603)
          R111, R211210.5kΩ ±5% resistor (0603)
          R100, R2002100Ω ±5% resistor (0603)
          R101100kΩ ±1% resistor (0603)
          R106, R108, R206, R208410kΩ ±5% resistor (0603)
          R300–301210kΩ ±5% resistor (0603)
          R2–3210kΩ ±1% resistor (0603)
          R113, R213211kΩ ±5% resistor (0603)
          R309, R311–312, R314411kΩ ±5% resistor (0603)
          R306112kΩ ±5% resistor (0603)
          R114, R2142137kΩ ±5% resistor (0603)
          R305114.7kΩ ±5% resistor (0603)
          R112, R2122150Ω ±5% resistor (0603)
          R31711kΩ ±5% resistor (0603)
          R107, R109, R207, R20941MΩ ±5% resistor (0603)
          R8–9, R315–31642.2kΩ ±5% resistor (0603)
          R101–102, R201–202420kΩ ±5% resistor (0603)
          R51220Ω ±5% resistor (0603)
          R310, R313224.3kΩ ±5% resistor (0603)
          R30212kΩ ±5% resistor (0603)
          R30813.24kΩ ±5% resistor (0603)
          R30713.3kΩ ±5% resistor (0603)
          R115, R215230.1kΩ ±5% resistor (0603)
          R414.22kΩ ±1% resistor (0603)
          R103–104, R203–204440kΩ ±5% resistor (0603)
          R30417.15kΩ ±5% resistor (0603)
          R105, R20520Ω resistor (0603)
          D61Diode, dual, common-cathode (SOT-23-3)
          Fairchild MMBD4148CC
          D2–32Zener diode 4.3V, 20mA (SOT-23)
          Central CMPZ5229B
          SPK1, SPK222in full-range loudspeaker
          Tymphany? 830970
          SPK315.25in subwoofer loudspeaker
          Tymphany 830945
          U11Maxim? MAX9736BETJ+
          (7mm x 7mm, 32-pin TQFN)
          U21Maxim MAX9736AETJ+
          (7mm x 7mm, 32-pin TQFN)
          U3–53Maxim MAX4234 (TSSOP-14)
          U61Maxim MAX809_EUR-T (SOT-23)

          設(shè)計詳細(xì)說明
          該參考設(shè)計安裝在一個精心設(shè)計的盒子內(nèi)，包含了所有電子元器件和揚(yáng)聲器。整個系統(tǒng)只需要一個外部電源和信號源。

          兩個2英寸揚(yáng)聲器用于左、右聲道，一個5英寸揚(yáng)聲器用于重低音。一片MAX9736B工作在立體聲模式，用于驅(qū)動左/右聲道；另一片MAX9736A工作在單聲道模式，用于驅(qū)動重低音聲道。以下分兩部分詳細(xì)介紹該方案：電路部分和揚(yáng)聲器/機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。

          電路說明
          該參考設(shè)計的電路分兩部分，左/右聲道和重低音聲道。每部分包括三級電路：輸入級、EQ級和功率級，如圖1所示。

          用于MP3播放器塢站的D類、2.1聲道音頻放大器參考
          圖1. MAX9736 D類音頻放大器電路框圖，設(shè)計包括輸入級、EQ級和功率級。

          輸入級
          左/右聲道和重低音聲道的輸入級相同。立體聲、對數(shù)抽頭電位器用作音量控制，用于調(diào)節(jié)前置放大器的信號。為避免地回路干擾，輸入級采用差分形式，RCA輸入連接器沒有直接連接到系統(tǒng)地。利用一個100Ω電阻降低共模電壓；U3-A和U3-D (如以下原理圖所示)提供2倍增益并將差分信號轉(zhuǎn)換成單端輸出。輸入級的輸出以VREF為參考，該電壓是功率放大器U2的參考電壓，利用U5-D進(jìn)行緩沖。

          EQ級
          輸入級之后，左、右聲道信號進(jìn)入兩級參量EQ電路，電路分別位于U3-B (左聲道)和U3-C (右聲道)附近。每路參量EQ使用一個運(yùn)放回轉(zhuǎn)器模擬LC串聯(lián)諧振電路中的電感。串聯(lián)電路有兩個接入點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)衰減或放大，這些接入點(diǎn)通過兩個不同的電容實(shí)現(xiàn)。例如，C105和C106是左聲道的第一級參量EQ，是左聲道的提升和衰減節(jié)點(diǎn)。如果只使用C106 (沒有連接C105)，諧振電路與串聯(lián)電阻R105 (10kΩ)組成一個分壓器，對諧振頻率信號進(jìn)行衰減。相反，如果只使用C105，則降低反饋，使諧振頻率信號提升。如果兩個電容都不使用，則該部分電路禁用。

          諧振頻率f0由下式計算： 
          f0 = 1/(2 × π × √(L0 × C0)) 
          其中： 
          L0 = R108 × C107 × R107
          C0 = C105 
          Q值為： 
          Q0 = √(L0/(C0 × R02)) 
          通過加入第三級EQ電路可實(shí)現(xiàn)傾斜型濾波，只需要RC元件即可：一個電容(C113用于提升；C114用于衰減)和一個電阻(R111)。

          作為立體聲D類放大器IC，MAX9736在輸入級還集成了兩個運(yùn)放，能夠用作通用濾波器，該參考設(shè)計中利用這些運(yùn)放為左/右聲道構(gòu)建2階高通濾波器。運(yùn)算放大器提供了反相輸入端和輸出端，可以搭建多反饋反相濾波器。C116/C216用于隔直流輸入，降低輸出失調(diào)。

          功率級
          該設(shè)計提供了三個通道的揚(yáng)聲器功率放大器。MAX9736B用于立體聲模式，驅(qū)動左、右聲道揚(yáng)聲器，能夠?yàn)?Ω揚(yáng)聲器提供2 × 11W功率。MAX9736A配置為單聲道模式，用于第三個聲道，驅(qū)動重低音放大器。

          在單聲道模式，MAX9736A的兩個D類放大器輸出并聯(lián)，可提供更大的輸出功率。單聲道重低音能夠?yàn)?Ω揚(yáng)聲器提供30W功率(VDD = 19V)。重低音聲道的輸入級與左/右聲道的輸入級相同。輸入級之后，左、右聲道信號通過U5-B疊加，提供單聲道重低音揚(yáng)聲器的驅(qū)動。R303在疊加放大器設(shè)置重低音揚(yáng)聲器的增益。

          為了將平坦的頻響特性擴(kuò)展到極低頻率，系統(tǒng)為重低音揚(yáng)聲器提供了6階濾波電路。該方案在開孔揚(yáng)聲器4階高通頻響的基礎(chǔ)上增加了2階有源高通濾波器。U5-C為重低音揚(yáng)聲器提供同相Sallen-Key 2階高通濾波。

          該系統(tǒng)需要高Q值，在40Hz頻點(diǎn)有13dB提升。為了避免揚(yáng)聲器和放大器過載，配置Sallen-Key濾波器實(shí)現(xiàn)滑動高通濾波；濾波器在放大器輸出達(dá)到最大值時會動態(tài)調(diào)整。輸入電阻R305可自動降低(用光耦FET，U7)，從而使濾波器Q值降至0.5以下，即沒有提升。

          重低音揚(yáng)聲器放大器U2的輸出峰值電壓控制光耦FET的輸入信號。D6和C16組成峰值檢測器，能夠快速檢測輸出峰值電壓。峰值檢測器的閾值可調(diào)節(jié)或固定，取決于是否安裝R7和R8/R9?？刂齐娐饭ぷ鲿r將打開LED D5。

          用于MP3播放器塢站的D類、2.1聲道音頻放大器參考
          圖2. 重低音聲道動態(tài)調(diào)整仿真結(jié)果。在重低音信號達(dá)到其門限后，高通濾波器的Q值減小，截止頻率增大。

          MAX9736A內(nèi)部的兩個運(yùn)放配置成4階重低音低通濾波器，作為左/右聲道高通濾波器的后續(xù)濾波。

          J1為電源輸入連接器，用于標(biāo)準(zhǔn)的筆記本電腦同軸插頭。典型的筆記本電腦電源的平均輸出電壓約為19V，適用于塢站系統(tǒng)供電。通過C1、C2濾波，電壓標(biāo)記為PVDD，接入電源后點(diǎn)亮D1藍(lán)燈。

          采用簡單的復(fù)位電路(U6)在上電、掉電時為放大器芯片提供一個靜音信號，以避免在輸入電路信號建立過程中產(chǎn)生瞬態(tài)噪聲。靜音控制門限通過R3和R4電阻分壓器設(shè)定在大約10V。

          MAX9736采用受專利保護(hù)的無濾波調(diào)制技術(shù)，不需要外部大尺寸電感濾波器。輸出端只需簡單的鐵氧體磁珠(L100和L301)。

          揚(yáng)聲器和機(jī)殼
          重低音揚(yáng)聲器采用Tymphany的5英寸直徑揚(yáng)聲器，型號為830945，標(biāo)稱阻抗為4Ω，諧振頻率為47.4Hz。左、右聲道采用2英寸揚(yáng)聲器，型號為Tymphany 830970，標(biāo)稱阻抗為4Ω，諧振頻率為147.5Hz。

          低至35Hz的f3設(shè)計用于語音系統(tǒng)，采用了6階濾波電路，包括一個2階高通有源濾波器。整個系統(tǒng)放置在一個機(jī)箱內(nèi)，包括三個揚(yáng)聲器、調(diào)節(jié)端口和電路PCB。重低音揚(yáng)聲器開口向下安裝，可節(jié)省機(jī)箱尺寸，有助于提高效率。機(jī)箱體積大約為3.79l，調(diào)諧在54Hz。機(jī)箱外型尺寸近似為355mm x 180mm x 120mm。揚(yáng)聲器濾波均衡設(shè)計為250Hz的4階Linkwitz-Riley濾波器；衛(wèi)星揚(yáng)聲器均衡包括f = 500Hz、增益 = +6dB、Q = 0.5的參量EQ和f3 = 3.8kHz、增益為+5.8dB的傾斜型濾波器，圖3所示為系統(tǒng)頻響。

          用于MP3播放器塢站的D類、2.1聲道音頻放大器參考
          圖3. 整個系統(tǒng)的頻響特性仿真表明最大平坦相應(yīng)可以擴(kuò)展至40Hz

          本文給出的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖源于原型設(shè)計，原型設(shè)計用1/4英寸丙烯塑料制成，用鉆孔螺絲和丙烯膠固定。消費(fèi)類產(chǎn)品可能會考慮使用性價比更高的材料，譬如木制材料、纖維板(MDF)、工程塑料(ABS)等。

          電路原理圖

          詳細(xì)電路圖(PDF, 80.4kB)


          詳細(xì)電路圖(PDF, 84.4kB)


          詳細(xì)電路圖(PDF, 92kB)

          PCB布板

          頂層絲印層詳細(xì)圖片(PDF, 277kB)





          機(jī)械圖

          詳細(xì)圖片(PDF, 72kB)


          詳細(xì)圖片(PDF, 56kB)


          詳細(xì)圖片(PDF, 52kB)


          詳細(xì)圖片(PDF, 48kB)

          系統(tǒng)照片
                      
				
            
                
			
								
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