音频功率放大器NCP2890的原理与应用

摘要：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。 关键词：NCP2890；A-B类；音频放大器 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，它是专为手机和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。