NS4251

深圳市纳芯威科技有限公司 NS4251 SHENZHENNSIWAYTECHNOLOGY Oct.2018 V1.0 NS4251 3.0W 双声道 AB/D 类双模音频功率放大器附加耳机模式 1 特性 2 说明 NS4251 是一款带 AB 类/D 类工作模式切换功  AB 类/D 类工作模式切换功能  模拟 3D 环绕立体声功能 能、模拟 3D 环绕立体声功能、3W 双声道音频功放。  3W 输出功率 另外，当耳机插头接入插孔时，音频功率放大器便  0.1%THD（1W 输出功率、5V 电源） 以单端工作模式驱动立体声耳机。通过一个控制管  优异的全带宽 EMI 抑制能力 脚使芯片在 AB 类或者 D 类工作模式之间切换，以  优异的“上电，掉电”噪声抑制 匹配不同的应用环境。即使工作在 D 类模式 NS4251  高达 90%以上的效率(D 类工作模式) 采用先进的技术，在全带宽范围内极大地降低了  高 PSRR：-80dB（217Hz） EMI 干扰，最大限度地减少对其他部件的影响。为  工作电压范围：3.0V～5.5V 简化音频系统的设计，NS4251 的桥式联接扬声器放  过流保护、过热保护、欠压保护 大模式及单端立体耳机放大模式都在同一芯片上实  立体声耳机放大模式 现。NS4251 无需滤波器的 PWM 调制结构及反馈  QFN3×3-16 封装 电阻内置方式减少了外部元件、PCB 面积和系统成 本。NS4251 内置过流保护、过热保护及欠压保护功 3 应用范围  手提电脑  台式电脑  低压音响系统 能，有效地保护芯片在异常工作状况下不被损坏。 并且利用扩频技术充分优化全新电路设计，高达 90%的效率更加适合于手机及其他便携式音频产 品。 NS4251 提供 QFN3×3-16 封装，额定的工作温 度范围为-40℃至 85℃。 4 应用电路 1 2018 Copyright © Nsiway Technology 深圳市纳芯威科技有限公司 NS4251 SHENZHENNSIWAYTECHNOLOGY Oct.2018 V1.0 5 管脚配置 NS4251 的俯视图如下图所示： NS4251 管脚说明： 2 编号 管脚名称 管脚描述 1 VOPB 右声道输出正端 2 HP-IN 耳机模式控制端 3 SD 4 VOPA 左声道输出正端 5 GND 电源地 6 VDD 电源输入 7 VONA 左声道输出负端 8 INNA 左声道输入负端 9 GND 电源地 10 /3D 11 VREF 旁路电容 12 AB/D AB 类/D 类切换控制 13 INNB 右声道输入负端 14 VONB 左声道输出负端 15 VDD 电源输入 16 GND 电源地 关断控制，高电平有效(关断) 3D 功能控制 2018 Copyright © Nsiway Technology 深圳市纳芯威科技有限公司 NS4251 SHENZHENNSIWAYTECHNOLOGY Oct.2018 V1.0 6 极限工作参数 参数 最小值 最大值 单位 电源电压 1.8 6 储存温度 -65 150 o 输入电压 -0.3 VDD V 耐 ESD 电压 4000 结温 150 工作温度 -40 85 工作电压 3.0 5. 5 V C V C o C o 热阻 JC(SOP16) 20 o JA(SOP16) 80 o C/W 焊接温度 220 C/W C o 注：如果器件工作条件超过上述极限值，可能对器件造成永久性损坏。上述参数仅仅是工作条件的极 限值，不建议器件工作在推荐条件以外的情况，器件长时间工作在极限条件下，其可靠性及寿命可能受到 影响。 7 功能框图 3 2018 Copyright © Nsiway Technology 深圳市纳芯威科技有限公司 NS4251 SHENZHENNSIWAYTECHNOLOGY Oct.2018 V1.0 8 电气特性 工作条件（除非特别说明）：TA=25℃。 符号 参数 VDD 电源电压 IDD 电源静态电流 ISD 关断漏电流 VOS 测试条件 最小值 标准值 3.0 最大值 单位 5.5 V VDD =3.6V,VIN＝0V,No load 11 mA VDD =5.0V,VIN＝0V,No load 20 mA V/SD =3.3V 1 10 µA 输出失调电压 10 40 mV RO 输出电阻 3 PSRR 电源抑制比 CMRR 共模抑制比 fSW 调制频率 η 效率 VIH 逻辑控制端 高电平 VIL 逻辑控制端 低电平 K 217Hz -80 dB 20KHz -72 dB -70 dB VDD =3.0V to 5.25V 350 kHz Po=0.5W,RL =8Ω,VDD =3.6V 90 % 1.4 V 0.4 V 耳机输出模式 (VDD =5.0V) THD＝1%,f=1KHz,RL=16Ω 110 mW THD＝1%,f=1KHz,RL=32Ω 80 mW 立体声分离度 RL＝32Ω,Po＝10mW -85 dB THD 失真度 RL=16Ω/32Ω,f=1KHz PO=10mW 0.2 % SNR 信噪比 RL＝32Ω,Po＝10mW 75 dB THD＝1%,f=1KHz,ClassAB RL=4Ω RL=8Ω 2.0 1.3 W THD＝10%,f=1KHz,ClassAB RL=4Ω RL=8Ω 2.6 1.7 W THD＝1%,f=1KHz,ClassD RL=4Ω RL=8Ω 2.1 1.4 W THD＝10%,f=1KHz,ClassD RL=4Ω RL=8Ω 3.0 1.7 W PO 输出功率 XTALK 外置喇叭输出模式(VDD =5.0V) PO 4 输出功率 2018 Copyright © Nsiway Technology 深圳市纳芯威科技有限公司 SHENZHENNSIWAYTECHNOLOGY NS4251 Oct.2018 V1.0 f=1KHz, ClassD,PO=0.5W, RL=4Ω/8Ω 0.2 % 立体声分离度 RL＝4Ω,Po＝0.5W -80 dB 信噪比 RL＝4Ω,Po＝0.5W 75 dB THD 失真度 Stereo Isolation S/NR 9 典型特性曲线 5 2018 Copyright © Nsiway Technology 深圳市纳芯威科技有限公司 SHENZHENNSIWAYTECHNOLOGY 6 NS4251 Oct.2018 V1.0 2018 Copyright © Nsiway Technology 深圳市纳芯威科技有限公司 SHENZHENNSIWAYTECHNOLOGY 7 NS4251 Oct.2018 V1.0 2018 Copyright © Nsiway Technology 深圳市纳芯威科技有限公司 SHENZHENNSIWAYTECHNOLOGY 8 NS4251 Oct.2018 V1.0 2018 Copyright © Nsiway Technology 深圳市纳芯威科技有限公司 NS4251 SHENZHENNSIWAYTECHNOLOGY Oct.2018 V1.0 10 应用说明 10.1 NS4251 工作模式 NS4251 的工作模式通过管脚 SD，AB/D 和 HP-IN 设置，如下表: SD AB/D HP-IN 工作模式 低 低 逻辑低 AB 类，桥式输出 低 高 逻辑低 D 类，桥式输出 低 低/高 逻辑高 AB 类，单端输出 高 低/高 逻辑低/高 低功耗关断 在实际应用中，可以通过输出耳机插座自动切换输出的工作模式。典型应用见图 1，耳机控制部分如下 图： 当没有耳机插头接入插孔时，R1-R3 分压电阻使提供到 HP-IN 管脚（2 脚）的电压近似为 50mV(低电平)， 使 NS4251 工作于桥式输出模式。当耳机插头插入耳机插孔使得耳机插孔与 R3 分离,HP-IN 管脚上拉到高电 平。NS4251 工作于单端输出模式（耳机应用）。 桥式输出模式 NS4251 内部调制级的增益为 3。工作在桥式输出模式时，每个通道总增益为 Av = 240k/Rin。 输入电容 Ci 和输入电阻 Ri 选择 输入电容和输入电阻构成高通滤波器，截止频率为 f 3dB  1 。过大的输入电容，增加成本、 2 RIN CI 增加面积，这对于成本、面积紧张的应用来讲，非常不利。显然，确定使用多大的电容来完成耦合很重要。 实际上，在很多应用中，扬声器（Speaker）不能够再现低于 100Hz－150Hz 的低频语音，因此采用大的电容 9 2018 Copyright © Nsiway Technology 深圳市纳芯威科技有限公司 SHENZHENNSIWAYTECHNOLOGY NS4251 Oct.2018 V1.0 并不能够改善系统的性能。除了考虑系统的性能，开关/切换噪声的抑制性能受电容的影响，如果耦合电容 大，则反馈网络的延迟大，导致 pop 噪声出现，因此，小的耦合电容可以减少该噪声。选择 Ci＝0.1uF～0.39uF， 可以满足系统的性能。 旁路电容 Cb 选择 Cb 决定 NS4251 静态工作点的稳定性，所以当开启有爆裂的输入信号时它的值非常关键。Cb 越大，芯 片的输出倾斜到静态直流电压（即 VDD/2）越慢，则开启的爆裂声越小。Cb 取 1uF 可得到一个“滴答声”和“爆 裂声”都较小的关断功能。 电源滤波电容选择 在放大器的应用中，电源的旁路设计很重要，特别是对应用方案的噪声性能及电源电 压抑制性能。 设计中要求滤波电容尽量靠近芯片电源脚。典型的电容为 10uF 的电解电容并上 0.1uF 的陶瓷电容。 低功耗关断功能 当 SD 管脚电平为高时，芯片处于关断低功耗状态。实际应用中建议 SD 管脚接上拉电阻。这样保 证与 SD 管脚相连悬空或者高阻时芯片处于关断状态。 AB 类，D 类切换功能 当 AB/D 管脚为高电平时，芯片工作在 D 类模式；为低电平时，芯片工作在 AB 类模式。AB/D 管 脚不能悬空。 模拟 3D 环绕立体声功能 模拟 3D 环绕立体声功能通过/3D 管脚控制。低电平时 3D 功能打开；高电平时 3D 功能关闭。 10.2 上电 ,掉电噪声抑制 NS4251 内置上电，掉电噪声抑制电路， 有效地消除了系统在上电、 下电、唤醒和关断操作时可能出 现的瞬态噪声。 10.3 EMI增强技术 NS4251 内置 EMI 增强技术。 采用先进的技术，在全带宽范围内极大地降低了 EMI 干扰，最大限度地 减少对其他部件的影响。如图 6 所示。 10 2018 Copyright © Nsiway Technology 深圳市纳芯威科技有限公司 SHENZHENNSIWAYTECHNOLOGY NS4251 Oct.2018 V1.0 10.4 效率 NS4251 利用扩展频谱技术充分优化全新 D 类放大器的电路设计，以提高效率。工作在 D 类模式时，高 达 90%的效率更加适合于便携式音频产品。 10.5 保护电路 当芯片发生输出引脚与电源或地短路，或者输出之间的短路故障时，过流保护电路会关断芯片以防止 芯片被损坏。短路故障消除后，NS4251 自动恢复工作。当芯片温度过高时，芯片也会被关断。 温度下降 后，NS4251 继续正常工作。当电源电压过低时，芯片同样会被关断，电源电压恢复后，芯片会再次启动。 11 NS4251 应用注意事项 11.1 D 类音频功放 EMI 干扰来源 D 类音频功放的 EMI 干扰主要来源于两个地方。一个是电源线上电流的跳动；另外一个是输出端脉冲信 号的边沿。EMI 主要通过 PCB 的走线、通孔和扬声器的连线向外辐射，干扰其他的部件。 11.2 NS4251 超低 EMI 便携音频设备电池的寿命和音频功放的效率直接相关。D 类音频功放的效率对于延长电池的使用时间 是无容置疑。但是对有收音模块的设备来讲，传统 D 类音频功放的 EMI 干扰直接限制了 D 类功放的使用， 令许多设计工程师头痛。NS4251 采用先进的 EMI 增强技术，非常有效降低了 EMI 干扰。 11. 3 NS4251 应用设计参考 要充分发挥 D 类功放的性能。应用时从以下几个方面可以最大限度降低 D 类音频功放的 EMI 干扰： 1. 功放输出到喇叭的走线，连线尽量短，尽量宽，而且输出布线，连线尽可能远离敏感信号线和电路。 2. 功放电源脚的去耦电容尽可能靠近芯片引脚。电源线，地线最好采用星形接法。 3. 由于空间限制等原因 EMI 干扰较严重时在输出端加磁珠和电容可以有效抑制 EMI 干扰。使用时磁珠和 电容尽可能靠近芯片引脚。以下是 NS4251 加了磁珠之后的应用设计参考电路： 11 2018 Copyright © Nsiway Technology 深圳市纳芯威科技有限公司 NS4251 SHENZHENNSIWAYTECHNOLOGY Oct.2018 V1.0 12 芯片的封装尺寸图 2 0B QFN-16L Symbol Min Typ Max A 0.800 0.850 0.900 A1 0.000 Unit 0.050 A2 0.203(BSC) b 0.200 0.250 0.300 c 0.300 0.350 0.450 D 2.950 3.000 3.050 D2 1.600 1.650 1.700 e mm 0.500(BSC) E 2.950 3.000 3.050 E2 1.600 1.650 1.700 图 1 QFN3×3-16 封装尺寸图 1 版本修改历史 V1.1 修改了电气特性表中 Isd 的测试条件 21B 声明：深圳市纳芯威科技有限公司保留在任何时间，并且没有通知的情况下修改产品资料和产品规格的权 利，本手册的解释权归深圳市纳芯威科技有限公司所有，并负责最终解释。 12 2018 Copyright © Nsiway Technology