音頻功率放大器NCP2890的原理與應(yīng)用
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１ 概述
ＮＣＰ２８９０是安森美半導(dǎo)體(Ｏｎ Ｓｅｍｉ)公司推出的經(jīng)濟高效、功能齊備的音頻系列產(chǎn)品中的第一款音頻功率放大器，它是專為手機和ＰＤＡ等電池供電的無線設(shè)備而設(shè)計生產(chǎn)的，是一種質(zhì)量非常優(yōu)秀的無線應(yīng)用Ａ－Ｂ類音頻功率放大器，可為客戶提供卓越的音頻性能。該器件在具有出眾的電源抑制比(ＰＳＲＲ)和總諧波失真加噪聲(ＴＨＤ＋Ｎ)特性的同時，綜合了外部控制增益特征和可調(diào)式開機與關(guān)機延時功能，并具有“開機和關(guān)機”控制電路，能消除開啟和關(guān)閉此類音頻功率放大器時產(chǎn)生的可聽噪聲，可靈活應(yīng)用于便攜式音頻設(shè)備的設(shè)計中。ＮＣＰ２８９０允許鋰離子或鋰聚合物電池直接供電，因而省卻了額外的低壓降穩(wěn)壓器(ＬＤＯ)，同時減少了電路板的占用空間并降低了整體成本。
２ 芯片結(jié)構(gòu)與性能參數(shù)
為滿足特定市場的需求，ＮＣＰ２８９０目前有Ｍｉ-ｃｒｏｂｕｍｐ－９(２．２５ｍｍ２)和Ｍｉｃｒｏ－８(１４．７ｍｍ２)兩種不同的封裝形式，圖１所示為其引腳排列圖，各引腳的功能如表１列。
| Microbump -9 | Micro8 | 名 稱 | 功 能 |
| A1 | 4 | INM | 音頻信號反輸入端，外接Rf與Rin |
| A2 | 5 | OUTA | 反相輸出端，外接負載 |
| A3 | 3 | INP | 同相輸入端 |
| B1 | NA | VM_P | 接地端 |
| B2 | 7 | VM | 接地端 |
| B3 | 6 | Vp | 電源輸入端，電壓范圍為2.2V-5.5V |
| C1 | 2 | BYPASS | 外接旁路電容端 |
| C2 | 8 | OUTB | 同相輸出端，外接負載 |
| C3 | 1 | SHUTDOWN | 關(guān)斷控制端，低電平有效 |
ＮＣＰ２８９０內(nèi)部包括６７１個晶體管、１８９９個ＭＯＳ門電路，因而具有極佳的音頻性能，表２給出了ＮＣＰ２８９０的主要性能參數(shù)。
表2 NC2890主要性能參數(shù)
| 參 數(shù) | 最 小 | 標 準 | 最 大 | 單 位 |
| 電源電壓（Vp） | 2.6 | 5.5 | V | |
| 輸出功（Po) | 0.28 | 1.08 | W | |
| 效率（η） | 63 | % | ||
| 靜態(tài)電流（Idd) | 1.5 | 1.7 | 4.0 | mA |
| 總高次諧波加噪聲（THD+N） | 0.02 | % | ||
| 電源抑制比（PSRR V+） | -74 | dB | ||
| 信噪比（SNR） | 84 | dB | ||
| 啟動電壓V（SDIH） | 1.2 | V | ||
| 關(guān)閉電壓（VSDIL） | 0.4 | V | ||
| 啟動時間（TWU） | 285 | ms | ||
| 關(guān)閉時間（TSD） | 385 | ms |
３ 應(yīng)用電路設(shè)計
圖２所示為ＮＣＰ２８９０音頻功放的典型應(yīng)用電路，由圖２可見，ＮＣＰ２８９０外圍只有用來調(diào)節(jié)增益的兩個電阻、一個輸入耦合電容、一個旁路電容等少數(shù)幾個元件，因此所需外圍器件極其簡單。
３．１ 電路工作原理
ＮＣＰ２８９０內(nèi)含兩個完全一樣的功率放大器，輸入的音頻信號經(jīng)第一個功率放大器放大后從ＯＵＴＡ輸出。電壓增益由外接電阻Ｒｆ與Ｒｉｎ的比值決定。放大后的音頻信號再經(jīng)增益為１的第二個功率放大器進行反相放大，并從ＯＵＴＢ輸出。由于ＯＵＴＡ端與ＯＵＴＢ端輸出的音頻功率信號大小相等、相位相反，且兩個輸出端(ＯＵＴＡ和ＯＵＴＢ)的直流靜態(tài)電位相同（Ｖｐ／２），所以，揚聲器可以直接連接到ＯＵＴＡ與ＯＵＴＢ端，而不用增加輸出耦合電路。兩個功率放大器的輸出級均采用ＰＭＯＳ和ＮＭＯＳ晶體管特殊設(shè)計而成。正常導(dǎo)通時，其溝道電阻小于０．６Ω，因而其輸出波形失真非常小。
一般的功率放大器在開啟和關(guān)閉過程中會產(chǎn)生人耳可聽到的噪聲，為了消除這種可聽噪聲，在ＮＣＰ２８９０內(nèi)部專門設(shè)計了消噪聲電路。開機時，邏輯高電平加到開關(guān)控制端，旁路電容Ｃｂｙ上的直流電壓值開始按指數(shù)規(guī)律增加，當電壓值達到共模電壓值（Ｖｐ／２）時，開始輸出功率（此過程大約５０ｍｓ）；而關(guān)機時，控制端接低電平，負載被連接到接地端，輸出功率為零，此時電路的直流靜態(tài)電流小于１００ｎＡ。
３．２ 電路元件參數(shù)設(shè)置
Ｒｉｎ與Ｒｆ用來設(shè)置放大器的閉環(huán)增益，為了優(yōu)化ＮＣＰ２８９０的性能，放大器的閉環(huán)增益應(yīng)該設(shè)置在較低的水平，此時ＴＨＤ最小，信噪比最大，頻率響應(yīng)范圍最寬。所以在多數(shù)情況下，放大器的閉環(huán)增益一般設(shè)置在２～５之間，因此，輸入電阻(Ｒｉｎ)的取值Ｄ在２０ｋΩ比較合適，而Ｒｆ則用來調(diào)節(jié)閉環(huán)增益以控制輸出功率。
輸入耦合電容Ｃｉｎ用來隔離放大器輸入端的直流電壓，同時可與Ｒｉｎ組成一個高通濾波器，但它會影響濾波器的下限截止頻率。為了使低頻信號不至于衰減過大，理論上，Ｃｉｎ應(yīng)該取較大的值，而較大容量電容的充放電時間較長，因此，需要較長的時間才能使輸入端的靜態(tài)電位達到Ｖｐ／２，而這易使輸出端產(chǎn)生開機噪聲。所以，在多數(shù)情況下，Ｃｉｎ的取值一般在０．１～０．３９μＦ之間比較合適（Ｒｉｎ＝２０ｋΩ時）。
旁路電容Ｃｂｙ是共模電壓（Ｖｐ／２）的濾波器，是決定開機時間的長短、減少開機噪聲的一個關(guān)鍵元件，在多數(shù)情況下，旁路電容Ｃｂｙ取１．０μＦ比較合適。
Ｒ１和Ｒ２組成的分壓電路用于產(chǎn)生芯片的啟動電壓，一般Ｒ１取值１００ｋΩ，設(shè)計時可根據(jù)電壓值來選擇Ｒ２的阻值，只要使分壓值約大于１．２Ｖ即可。
３．３ 使用注意事項
當電路達到最大輸出功率?Ｐｏｒｍｓ＝１．０Ｗ，Ｖｐ＝５．０Ｖ，ＲＬ＝８．０Ω?時，負載上的峰值電流為５００ｍＡ。為了防止輸出負載斷路時產(chǎn)生過大的輸出電流，芯片內(nèi)設(shè)置了輸出電流檢測電路，它可將最大輸出電路限定為８００ｍＡ。這樣，一旦輸出電流超過８００ｍＡ?xí)r，輸出端的四個ＭＯＳ晶體管將被門控電壓關(guān)斷而不再輸出電流。
當芯片溫度超過１６０℃時，內(nèi)部放大器將被關(guān)閉而停止工作，直到溫度低于１４０℃時，內(nèi)部放大器才重新啟動開始工作。
盡管ＮＣＰ２８９０內(nèi)部含有過流和過熱保護電路，但是在使用時，一定要注意供電電源電壓不能超過其極限值，以免造成芯片損壞。
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