美信单声道G类放大器用于压电扬声器设计

发布于：2007/2/26 9:06:07 | 191 次阅读

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   MaximIntegratedProducts推出业界款单声道、G类放大器MAX9788，专门设计用于驱动大容性负载的压电扬声器。
    陶瓷压电扬声器的优点在于其具有很薄的外形尺寸。但要充分发挥陶瓷扬声器在外形尺寸上的优势，运放也需要具有紧凑的解决方案。此外，由于电池的效率同时也是移动电话设计中的一个重要指标，因此运放的效率也往往成为优化音频解决方案的关键所在。为了应对这一系列设计挑战，MAX9788采用全新的技术为陶瓷扬声器供电，可构建高效而紧凑的解决方案。

    MAX9788集成反向电荷泵电源，可以在单节锂离子(Li+)电池供电的条件下输出高达16VP-P的电压。该电荷泵无需使用电感即可实现高效的倍压。器件采用小尺寸、2mmx2.5mmUCSP封装，其放大器理想用于下一代超小型电子设备。
    陶瓷压电扬声器设计难点
    与动圈式扬声器不同的是，压电扬声器利用压电效应实现电/声转换。传统动圈式扬声器具有4mm或者更高的厚度，而标准的陶瓷压电扬声器的厚度仅为0.7mm，重量也往往小于一克。便携式电子产品的尺寸和重量是设计中需要考虑的重要因素，因此压电扬声器所具有的小外型尺寸在这类应用中极具吸引力。
    尽管在尺寸上具有明显的优势，然而目前压电扬声器并没有得到广泛应用。压电扬声器应用的主要障碍主要在于缺少合适的放大器。
    薄型陶瓷扬声器要求具有较高的驱动电压，以提供令人满意的声压等级。而手持设备中常用到的扬声器仅能承受7VP-P的电压，压电扬声器产生相同的声压等级则需要提供两倍以上的驱动电压(15VP-P)。高驱动电压的需求给便携式产品的扬声器放大器带来难题，因为这些放大器往往无法提供这么高的驱动电压。另外，压电扬声器具有与陶瓷电容相类似的电气特性，而动圈式扬声器从电气特性上则更像一个电感。当频率升高时，压电扬声器所表现出的电容特性将需要更大的驱动电流，而常用的扬声器所需的电流将随着频率的升高而减小。这一基本特性上的区别给放大器的设计带来了极大的挑战。
    在MAX9788推出之前，压电扬声器的放大器通常采用基于电感的升压转换器和AB类放大器，以产生必要的输出电压。这类解决方案中所用到的电感需要占据很大的电路板空间，增加了成本以及最终方案所占用的空间。AB类放大器的效率比较低，也增大了电池功耗。
    新型电荷泵解决方案
    MAX9788采用电荷泵技术，可以在单节Li+电池供电的条件下，提供高达16VP-P的电压输出驱动能力，仅需最少的外部元件。通常情况下，Li+电池输出4.2V电压，而随着电池的放电，电压将降低到3.0V。MAX9788采用与Maxim公司的DirectDrive技术相类似的反向电荷泵技术，可以在不使用任何电感的前提下实现电源倍压。器件仅需两个小尺寸而且很便宜的外部陶瓷电容，即可产生反向电压。
    MAX9788内置另一路负电压输出，因此内部放大器可以工作在高达±5.5V的双电源下，输出将近20VP-P的电压。典型应用中，放大器可以由5V的稳压电源供电或直接由Li+电池供电，两种情况下都可产生足够高的电压以驱动压电扬声器。
    改善频率响应
    MAX9788不仅能够产生陶瓷扬声器所需要的电压，还能提供足够的驱动电流。陶瓷扬声器具有与电容相仿的阻抗特性。因此，频率越高，扬声器的阻抗就越低。为保证高频时电荷泵能在多数负载电流下不出现振荡，MAX9788采用比DirectDrive放大器更大的电荷泵。该电荷泵可输出高达500mA的连续电流，使放大器能够在高频和保证音质前提下，保持平坦的频率响应。
    独特的G类技术
    MAX9788采用10V放大器替代手持设备中常见的5V放大器，因此有必要保持高效率以延长电池使用寿命。虽然D类技术具有很高的效率并且常被用于一些手持设备，但由于陶瓷扬声器为纯容性负载，从而使D类技术不能兼容于陶瓷扬声器。设计的挑战显而易见：MAX9788需要提供一些新的功能。G类放大器这一相对陌生的技术，却可以很好的满足这一应用的要求。
    G类放大器的工作原理和AB类放大器基本相同，但G类放大器采用多个电源电压替代单个固定电压。随着输入信号幅值的变化，G类放大器自动选择适当的电源电压，降低输出晶体管上的压降，从而大大提高了效率。典型的G类放大器正常工作需要提供两路正电源和地。高电压用于为大信号输出供电，而低电压为小信号输出供电。
    MAX9788采用独特的G类技术，利用电荷泵的反向输出电压替代高压和低压正电源。当输出小信号时，MAX9788的放大器采用电池电压和地作为其输入电源。在这一模式下，器件像典型的5V、AB类放大器一样工作。当输出信号超过电源电压时，放大器将切换到由电池和反向电荷泵输出供电。放大器可以提供足够的输出信号，以驱动陶瓷扬声器输出声压等级。
    总之，MAX9788采用反向电荷泵和G类技术，可构建高效而紧凑的陶瓷压电扬声器供电方案。MAX9788已开始提供样品，适用于下一代超薄电子产品中。
    MAX9788工作在-40℃到+85℃的温度范围。器件起价为$0.65(1000片起，美国离岸价)。

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