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音频功率放大器NCP2890的原理与应用

发布时间:2019-10-12 02:39:29

  音频功率放大器NCP2890的原理与应用 - 音频/视频/显示 - 电子工程

  介绍了安森美半导体(On Semi)公司A-B类音频功率放大器NCP2890的主要性能特点和基本工作原理,给出了用NCP2890设计音频功放的典型应用电路和设计方法

  1 概述

  NCP2890是安森美半导体(On Semi)公司推出的经济高效 功能齐备的音频系列产品中的第一款音频功率放大器,它是专为和PDA等电池供电的无线设备而设计生产的,是一种质量非常优秀的无线应用A-B类音频功率放大器,可为客户提供卓越的音频性能 该器件在具有出众的电源抑制比(PSRR)和总谐波失真加噪声(THD+N)特性的同时,综合了外部控制增益特征和可调式开机与关机延时功能,并具有“开机和关机”控制电路,能消除开启和关闭此类音频功率放大器时产生的可听噪声,可灵活应用于便携式音频设备的设计中 NCP2890允许锂离子或锂聚合物电池直接供电,因而省却了额外的低压降稳压器(LDO),同时减少了电路板的占用空间并降低了整体成本

  2 芯片结构与性能参数

  为满足特定市场的需求,NCP2890目前有Mi-crobump-9(2.25mm2)和Micro-8(14.7mm2)两种不同的封装形式,图1所示为其引脚排列图,各引脚的功能如表1列

  Microbump -9

  Micro8

  名称

  功能

  A1

  4

  INM

  音频信号反输入端,外接Rf与Rin

  A2

  5

  OUTA

  反相输出端,外接负载

  A3

  3

  INP

  同相输入端

  B1

  NA

  VM_P

  接地端

  B2

  7

  VM

  接地端

  B3

  6

  Vp

  电源输入端,电压范围为2.2V-5.5V

  C1

  2

  BYPASS

  外接旁路电容端

  C2

  8

  OUTB

  同相输出端,外接负载

  C3

  1

  SHUTDOWN

  关断控制端,低电平有效

  NCP2890内部包括671个晶体管 1899个MOS门电路,因而具有极佳的音频性能,表2给出了NCP2890的主要性能参数

  表2 NC2890主要性能参数

  参数

  最小

  标准

  最大

  单位

  电源电压(Vp)

  2.6

  5.5

  V

  输出功(Po)

  0.28

  1.08

  W

  效率(η)

  63

  %

  静态电流(Idd)

  1.5

  1.7

  4.0

  mA

  总高次谐波加噪声(THD+N)

  0.02

  %

  电源抑制比(PSRR V+)

  -74

  dB

  信噪比(SNR)

  84

  dB

  启动电压V(SDIH)

  1.2

  V

  关闭电压(VSDIL)

  0.4

  V

  启动时间(TWU)

  285

  ms

  关闭时间(TSD)

  385

  ms

  3 应用电路设计

  图2所示为NCP2890音频功放的典型应用电路,由图2可见,NCP2890外围只有用来调节增益的两个电阻 一个输入耦合电容 一个旁路电容等少数几个元件,因此所需外围器件极其简单

  3.1 电路工作原理

  NCP2890内含两个完全一样的功率放大器,输入的音频信号经第一个功率放大器放大后从OUTA输出 电压增益由外接电阻Rf与Rin的比值决定 放大后的音频信号再经增益为1的第二个功率放大器进行反相放大,并从OUTB输出 由于OUTA端与OUTB端输出的音频功率信号大小相等 相位相反,且两个输出端(OUTA和OUTB)的直流静态电位相同(Vp/2),所以,扬声器可以直接连接到OUTA与OUTB端,而不用增加输出耦合电路 两个功率放大器的输出级均采用PMOS和NMOS晶体管特殊设计而成 正常导通时,其沟道电阻小于0.6Ω,因而其输出波形失真非常小

  一般的功率放大器在开启和关闭过程中会产生人耳可听到的噪声,为了消除这种可听噪声,在NCP2890内部专门设计了消噪声电路 开机时,逻辑高电平加到开关控制端,旁路电容Cby上的直流电压值开始按指数规律增加,当电压值达到共模电压值(Vp/2)时,开始输出功率(此过程大约50ms);而关机时,控制端接低电平,负载被连接到接地端,输出功率为零,此时电路的直流静态电流小于100nA

  3.2 电路元件参数设置

  Rin与Rf用来设置放大器的闭环增益,为了优化NCP2890的性能,放大器的闭环增益应该设置在较低的水平,此时THD最小,信噪比最大,频率响应范围最宽 所以在多数情况下,放大器的闭环增益一般设置在2~5之间,因此,输入电阻(Rin)的取值D在20kΩ比较合适,而Rf则用来调节闭环增益以控制输出功率

  输入耦合电容Cin用来隔离放大器输入端的直流电压,同时可与Rin组成一个高通滤波器,但它会影响滤波器的下限截止频率 为了使低频信号不至于衰减过大,理论上,Cin应该取较大的值,而较大容量电容的充放电时间较长,因此,需要较长的时间才能使输入端的静态电位达到Vp/2,而这易使输出端产生开机噪声 所以,在多数情况下,Cin的取值一般在0.1~0.39μF之间比较合适(Rin=20kΩ时)

  旁路电容Cby是共模电压(Vp/2)的滤波器,是决定开机时间的长短 减少开机噪声的一个关键元件,在多数情况下,旁路电容Cby取1.0μF比较合适

  R1和R2组成的分压电路用于产生芯片的启动电压,一般R1取值100kΩ,设计时可根据电压值来选择R2的阻值,只要使分压值约大于1.2V即可

  3.3 使用注意事项

  当电路达到最大输出功率Porms=1.0W,Vp=5.0V,RL=8.0Ω 时,负载上的峰值电流为500mA 为了防止输出负载断路时产生过大的输出电流,芯片内设置了输出电流检测电路,它可将最大输出电路限定为800mA 这样,一旦输出电流超过800mA时,输出端的四个MOS晶体管将被门控电压关断而不再输出电流

  当芯片温度超过160℃时,内部放大器将被关闭而停止工作,直到温度低于140℃时,内部放大器才重新启动开始工作

  尽管NCP2890内部含有过流和过热保护电路,但是在使用时,一定要注意供电电源电压不能超过其极限值,以免造成芯片损坏

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