LM4863电路设计要点

1、LM4863 典型应用图 ODkilShutdownHP-N20 kQ20 k/1自nHe-adphine Jack-IN A+ |K A应用信息裸露DAP封装PCB装置考虑事项裸露DAP封装必须连接到地。LM4863裸露DAP封装需要特别注意它的散热设 计。如果没有适当的处理散热设计问题，LM4863在驱动4Q阻值时将进入热关断。在 LM4863 底部的裸露 DAP 封装必须焊接到电路板的铜衬垫上。裸露 DAP 封装 的热量通过一个铜面传开。如果铜面不在电路板的顶层表面上，需要使用8-10个 直径小于或等于0.013英寸的通孔来把裸露DAP封装热耦合到铜平面上。由于铜面是用来把裸露 DAP 封装中的热量散发出去，所以它应当尽可能的大一 些。如果散热片和放大器共用同一层PCB板，5V电压下驱动4Q的负载，至少需要 使用2.5in2面积的散热片。不放在同一 PCB层的LM4863在相同负载和工作电压下 则需要5in2。如果周围环境温度大于25C。，需要增大散热片的面积或使用风扇来确 保LM4863的结温低于150C的关断温度。在功率特征曲线中有更多的说明。当LM4863驱动3Q负载情况时

2、需要另加风扇。当环境温度很高时，需要更大风 力的风扇或更大面积的散热片以避免器件进入热关断。驱动3Q和4Q负载时PCB布局及注意事项由于使用了低阻抗的负载，LM4863输出管脚连线电阻的大小会对输出功率有 非常大的影响。从LM4863的输出端到负载或负载连接器的连线必须尽可能宽。输 出连线的任何电阻都会降低输出功率。举例来说，在输出使用一个4Q的负载以及 0.1Q的连线电阻，那么负载的输出功率会从2.2W降低到2.0W。输出功率的大小还取决于基准电源。为了在大输出功率的情况下避免电源电压 降低，电源连线也应当尽可能宽。桥式配置说明如上图所示，LM4863部有两对运放。第一个放大器的增益是外部配置结构决定 的，而第二个放大器是部固定增益为单位增益，构成倒相装置。第一个放大器的闭 环增益是通过调节R与R之间的比率来确定的，而第二个放大器的增益是通过两个 fi20KQ的连电阻来固定的。图1显示了放大器1的输出端作用于放大器2的输入端， 这导致了两个放大器分别产生了幅值相等但有180。相位差的信号。因此,IC每个通 道的差模增益是：A = 2 x (R/ R)VD f i通过对负载差分的驱动到

3、输出端+OUTA和-OUTA或+OUTB和-OUTB。放大器 配置通常是参照“桥式”建立的。桥式工作不同于经典的单端输出放大器结构，单端 输出结构的放大器的负载一端是接地的。桥式放大器设计比起单端输出结构有许多明显的优势。比如，桥式结构给负载 提供了差分驱动，这样使输出摆幅加倍。在相同的条件下，桥式结构的输出功率甚 至可以达到单端输出模式下的四倍。输出功率的增加是假设放大器在不受电流限制 和削减的情况下。为了选择放大器的闭环增益而不过度的削减电流，请参照音频功 率放大器部分。桥式结构比起单端输出结构的放大器还有别的优势。因为差分输出 +OutA,-OutA,+OutB,-OutB,被偏置在半电源上。电路网络的直流电压没有通过负 载。这就排除了对输出耦合电容的需要。如果在单端输出结构中没有使用输出耦合 电容，那么通过负载的半电路电源偏置会导致IC部的功率耗散和对扩音器的永久伤 害。功耗无论放大器是采用桥式结构或是单端输出结构。在放大器的设计中，功耗都将是 一个首要考虑的问题。公式2显示了在给定电源电压和所驱动负载的情况下，放大 器在单端输出结构下运行时的最大功耗点。P = (V )2 /

4、 (2n2 R)单端输出DMAX DD L 然而，在桥式放大器中，所传递到负载功率增加的直接后果就是部功率耗散的 增加。公式2显示了当桥式放大器运行在相同情况下的最大功率耗散点。P = 4 x (V )2 / (2n2 R)桥式输出(3)DMAX DD L既然LM4863是双通道功率放大器。依据不同模式，LM4863的最大部功率耗 散是公式2或公式3所得值的两倍。尽管LM4863在功率耗散方面确实的增加，但 它并不需要热沉。从公式3中得到的功率耗散是假设在5V的电源供电和80的负载 情况下的，而且它的值也不能大于从公式4中所得到的功率耗散的值：P = (T T) / 0(4)DMAX JMAX A JALM4863的T =150C。，此外，还取决于系统周围的环境温度。公式4可以用JMAX通过IC封装来找到部最大功率耗散。如果公式3的结果大于了公式4的结果。那么 或者降低电源电压、使负载阻抗升高，或者降低环境温度。在5V电源供电、80桥 式负载的典型应用中，不影响最大节温的最大环境温度大约在48C。它确保了器件 维持在最大功率耗散点附近，部功耗也是输出功率的函数。如果典型工作下不在最 大

5、功耗附近，可以增加环境温度。参考典型性能特性曲线。电源旁路当使用任何功率放大器，恰当的电源旁路对低躁声性能和高电源抑制性是至关 重要的。在旁路和在电源管脚上的电容应当尽可能地靠近器件。在半电路的电源旁 路采用较大的电容提高了电源抑制比，因为它增加了半电路电源的稳定性。在典型 应用中，使用5V的校准电压和10芮和0.1芮的旁路电容来增加电源滤波。但这并 不能消除我们对电源网络旁路的需要。旁路电容的大小是取决于我们想达到的电源 抑制比要求、冲击响应等因素。在外部构件的正确选取部分有更多介绍。低功耗关断功能为了减少在IC不使用时候的功耗，LM4863拥有一个关断管脚，可以从外部关 断放大器的偏置回路。当逻辑高电位被置于关断管脚时，放大器被关断。典型情况 下，介于逻辑低电位和高电位之间的翻转点是半电路电源。在接地端和电源V之DD间转变是最好的，这样可以提供最佳的器件性能。如果把关断管脚转接到V 。在DD闲置下，LM4863的电源电流降将最小化。当关断管脚电压小于V，器件将失效。DD闲置电流将大于0.7M的典型值。在其他情况下，关断管脚应当连接在固定的电压 上，这样可以避免不必要的工作状态改变。

6、在许多应用中，一个微控制器或是微处理器的输出是用来控制关断回路的。这 样使器件能够流畅而又迅速的转变到关断模式下。另一种方法是在与外部上拉电阻 的连接处使用一个单极点的开关。当开关被闭合时，关断管脚连接到了接地端，放 大器正常工作。一旦开关被打开，外部的上拉电路会使LM4863失效。这样的设置 保证了关断管脚不会悬空，从而避免了不需要的工作状态的改变。选择适当的外部元件在集成功率放大器的应用中，选择适当的外部单元对优化器件和系统的性能来 说是至关重要的。当LM4863连接到各式各样的外部元件时，对元件取值的选取必 须以优化综合系统质量为目标。LM4863单位增益是稳定的，给予了设计者最优的系统性能。LM4863应当被用 于低增益的结构来减少THD+N值、增大信噪比。低增益结构需要较大的输入信号 来得到想要达到的输出功率。大于或等于1Vrms的输入信号能从诸如音频编码器之 类的信号源处获得。想要更多对增益选择的完整说明，请参考音频功率放大器设计 部分。除了增益以外，另一个我们主要考虑的参数是放大器的闭环带宽。放大器的带 宽在很大程度上是由外部元件的选择来确定的。如图1所示，输入耦合电容C

7、形成I了一个高通滤波器。高通滤波器限制了低频响应。很清楚，我们必须根据所需要的 频率响应才能来来确定所要取的值的。电流冲击响声回路LM4863含有减少开启瞬态电流和电流冲击响声的回路。在这种情况下，开启指 的是电源的开启或者是器件刚脱离关断模式。当器件启动时，放大器部设置的与单 位增益缓冲器一样。一个部的电流源升高了旁路管脚的电压。理想情况下，输入和 输出跟随旁路管脚的电压。器件将一直维持在缓冲器工作模式下直到旁路管脚的值 达到它电源电压的一半，1/2V。一旦旁路节点稳定后，器件将进入完全工作状态, DD此时的增益是由外部电阻决定的。尽管旁路管脚的电流源是不能改变的。但CB的大小是可以通过调节器件的开启 时间和电流冲击响声的量来改变的。然而，我们必须在使用大的旁路电容和增加这 个器件的启动时间之间折衷。CB的大小与所需的开启时间是有线性对应的关系的。 这里是一些CB的值和其所需的典型开启时间。CBTON0.01站20 ms0.1茁200 ms0.22站440 ms0.47站940 ms1.0茁2 Sec为了消除电流冲击响声，在器件开启前，所有的电容必须先放电。快速的开启或关闭器件的开关

8、或者器件的关断功能会使电流冲击响应回路不能充分的工作，从 而增加了电流冲击响应噪声。在单端输出结构中，我们尤其需要注意输出耦合电容C。该电容通过部的20KQ的电阻进行放电。放电的时间常量也能依据C的尺寸来0 0适当的增大。为了减少在单端输出模式下的瞬态电流，必须把一个阻值大约在 1KQ-5KQ的外部电阻与部该20KQ的电阻并联放置。使用这个电阻会导致静态电流 的增加，我们必须对此进行折衷。无负载设计注意事项如果LM4863的输出端有一个高于10KQ阻值的负载，LM4863可能在高电位输 出时会显现一些振荡。为了防止这振荡的出现，我们必须在功率输出和接地端之间 连接一个5KQ的电阻。音频功率放大器设计设计一个1W/8 Q的桥式音频放大器给予以下参数：输出功率：1Wrms负载阻抗：80输入电平：1Vrms输入阻抗：20K0带宽：推荐100Hz-20kHz0.25dB设计者必须首先确定所需的电源围，以获得规定的输出功率。一种方法是从典 型性能特性部分中的输出功率-电源电压曲线图可以很容易推出电源围。确定所需电 源围的第二种方式是用等式(3)计算所需的Vpeak，并且要增加失调电压。用这方 法

9、，最小电源电压是(Vopeak+(2*Vod)，我们可以从典型性能特征部分的“失调电压 -电源电压”曲线图推出 VOD。Vopeak=(5)从输出功率-电源电压”曲线图中可见负载为8Q时最小工作电源电压为3.9V。但在 许多应用中，标准电源电压为5V,非常接近所给的电源电压。额外的电源电压产生动态空间，允许CSC4863FN产生一个峰值超过1W而没有断碎的可听失真信号。同时，设计者必须确保电源电压和输出阻抗不能超过在功耗部分。一旦功耗因素满足条件后，所需要的差分增益可以由公式(5)决定。A 上二V /V(6)VDorms inrmsRf/Ri=A /2VD从公式(5)得最小的Avd=2.83o此时，我们取Avd=3。由于想要的输入阻抗是20KQ, Avd=3,以及Rf和R1.5 : 1的比率。由次可得比的值 是20Q、Rf的值是30Q。最后的设计是确定-3dB频率带宽规格。则要求低频响应至 少扩充了最低带宽频率限制点的1/5 或最高带宽频率限制点的5倍，当带宽限制为 0.17dB时，能满足这两个要求，这比所要求的0.25dB要好。这就使得低频和高频 极点分别为:f = 100Hz/5 = 20HzLF = 20kHzx5 = 100kHzH如在外部组件部分所描述的，R和C连接形成一个高通滤波器以截止低频率信号。IiCMiM 1/(2 n *20k Q *20Hz) = 0.398 卩 F产品的高频极值和差分增益Avd决定了高频响

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