LM4871

LM4871 AB 类音频功放 2014 V1.1 LM4871 概述概述 概述概述 LM4871 是一款3W 、单声道AB类音频功率放大芯 芯片管脚图 片。工作电压2V-5V，以BTL桥连接的方式，在5V电源 电压下，可以给 4Ω 负载提供 THD 小于 10% 、平均为 3.0W 的输出功率。在关闭模式下，电流典型值小于 0.5uA。 LM4871是为提供大功率、高保真音频输出而专门 设计的，它仅仅需要少量的外围元器件，并且能工作 （ ）。LM4871不需要耦合电容， 在低电压条件下 2V-5V 自举电容或者缓冲网络，所以非常适用于小音量的低 功耗系统。 特点特征 特点特征 内置开关爆破声抑制电路 10% THD+N ，VDD=5V，4Ω 负载下，提供 高达 2.9W 的输出功率 10% THD+N ，VDD=5V，8Ω 负载下，提供 高达 1.8W 的输出功率 封装信息 关断电流 < 0.5uA 封装模式：SOP-8 产品 封装形式 LM4871 SOP-8 过热保护 封装尺寸 （mm） 脚间距 （mm） 应用 插卡式音箱 蓝牙音箱 锂电扩音器 FM播放器 LTKCHIP TECHNOLOGY 1/8 LM4871 AB 类音频功放 2014 V1.1 典型应用图 典型应用图 最大额定值（ 最大额定值（TA=25℃ =25℃） 参数名称 符号 数值 单位 存储温度 Tstg -65℃-150℃ ℃ -0.3 to +（0.3+ Vcc） V 见附注1 W 160℃ ℃ 工作电压 Vcc 输入电压 功率消耗 6.0 PD 结温度 V 附注1：最大功耗取决于三个因素：TJMAX，TA，θJA，它的计算公式PDMAX=（TJMAX-TA）/θJA，LM4871的TJMA=150℃。 TA为外部环境的温度，θJA取决于不同的封装形式。（SOP封装形式为140℃/W） LTKCHIP TECHNOLOGY 2/8 LM4871 AB 类音频功放 2014 V1.1 管脚说明 No. 管脚名称 IO 功 能 1 SHUTDOWN I 关断模式控制输入，置高电平时关断。 2 BYPASS I 电压为VDD/2，外接电容。 3 IN+ I IN+ 是正向输入端，IN+一般与 Bypass Pin 接在一起。 4 IN- I IN- 是负向输入端，用于音频输入。 5 VO+ I VO+ 是 BTL 正向输出端 6 VDD - 电源输入端 7 GND - 电源地 8 VO- O VO- 是 BTL 负向输出端 。 。 电气参数 电气参数 电气参数 V =5V，T =25℃的条件下 信号 参数 DD A 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 VDD 电源电压 IDD 静态电源电流 VDD=5V，IO=0A ISHDN 关断电流 VDD=2V 到 5.5V 0.5 THD+N=10%, f=1kHz ,RL=4Ω； 2.9 THD+N=10%, f=1kHz,RL=3Ω； 3.2 THD+N=10%, f=1kHz,RL=8Ω； 1.8 THD+N=1%, f=1kHz ,RL=4Ω； 2.3 THD+N=1%, f=1kHz ,RL=3Ω； 2.5 THD+N=1%, f=1kHz ,RL=8Ω； 1.3 VDD=5V Po=0.6W, RL=8Ω 0.1 VDD=5V Po=1.6W, RL=4Ω 0.15 Po 输出功率 THD+N OTP PSRR 总谐波失真加噪声 5 过温保护 电源电压抑制比 VDD=5V, VRIPPLE=200mVRMS, RL=8Ω, CB=2.2µF 5.5 7.5 V 9.5 mA uA W % 165 ℃ 70 dB LTKCHIP TECHNOLOGY 3/8 LM4871 AB 类音频功放 2014 V1.1 典型工作特性 典型工作特性 LTKCHIP TECHNOLOGY 4/8 LM4871 AB 类音频功放 2014 V1.1 应用信息 1 、驱动4Ω负载时PCB 布局及补偿调节考虑事项 有阻抗的负载两端加上交流电压可产生功耗，负载的功耗随运算放大器输出端和负载间的连线（PCB连线 和金属连线）而变化。连线产生的阻抗消耗是我们不想要的，比如，0.1Ω的连线阻抗可使4Ω负载的功率从 2.1W 减小到2.0W 。当负载阻抗减少时，负载功耗减少的问题更加加重。所以，为能得到高质量的输出功率和 较宽的工作频率，PCB中输出端与负载的连接应尽量宽。 2 、桥式输出结构说明 LM4871外围电阻Rf 和Ri 构成了放大器1A 的闭环增益，而两个内部20kΩ 的电阻组成了放大器2A 反向 端的闭环增益。放大器驱动的负载如扬声器，接在两个放大器输出端即-OUTA 和+OUTA 之间。 放大器1A 的输出端作为放大器2A 的输入端。两个放大器输出的信号大小相同，但是存在180 度的相位 定 差。在BTL桥式模式下，输出构成差分信号驱动。对于一个给 的供给电压，桥式放大器相对单端放大器最大 优点是：它的差分输出使负载两端的增加一倍，在相同条件下就产生了相当于单端放大器四倍的输出功率。 的 (1) 优点是不会有直流失调电压加在负载上，这是通过通道A 和B 在电源电压一半时的 内部偏置输出而实现的，从而消除了单电源单端放大器要求的耦合电容。在单端放大器中，通常需要一个输 出耦合电容来去掉直流失调电压的影响。 差分桥式输出的一个 3 、功耗 无论这个放大器是桥式还是单终端式，功耗都应该重点考虑。等式（2）表明 单终端放大器在给定电源电压、驱动一定的负载时最大输出功率为： 要设计一个成功的放大器， (2) 然而，桥式放大器中传递给负载的功率增大也导致内部功耗的增加。 (3) 等 点 定 会 等 点 : 从 式（3）中计算得的最大功耗 一 不 比 式（4）的功耗 大 (4) LTKCHIP TECHNOLOGY 5/8 LM4871 AB 类音频功放 2014 V1.1 由于LM4871 的 =150℃， 封装中焊接到与PCB 上铜片连接的DAP 衬垫的热阻 为41℃/W。依 赖于系统周围的环境温度 ，所以等式（4）可用以决定由IC 组件支持的最大内部功耗。重新整理等式（4） 并代入 得到等式（5），该等式表明在LM4871 的结温不变时，环境温度也随音频系统输出功率有所变 化。 (5) 对于5V 电源4Ω负载的典型应用，在不 超过最大结温及能输出最大音频功率情况下最大可能环境温度MT 封装为45℃. (6) 等式（6）给出了最大结温TJMAX。如这个结果影响到LM4871 的 至150℃，通过减小工作电压或提 高负载阻抗达到减小最大结温，再进一步可通过环境温度补偿来实现。以上所述均假定器件运行在最大功耗 点附近。由于内部功耗是输出功率的函数，当输出功率减小时，环境温度可进一步提高。 4、 、增益 由 定 LM4871的增益 外部电阻Rf 和Ri决 ， 例如 Ri=20kΩ，Rf=60kΩ，那么增益计算公式如下： 靠近LM4871的输入管脚，可以减小PCB板上噪声的干扰。 输入电阻尽量 5、 、电源去耦 性 足够的电源退耦以保证输出THD和PSRR尽可能小。电源的退 耦需要两个不同类型的电容来实现。为了更高的频率响应和减小噪声，一个适当等效串联电阻（ESR）的陶 瓷电容，典型值1.0µF，放置在尽可能靠近器件VDD端口可以得到最好的工作性能。为了虑除低频噪声信号， 推荐放置一个10µF或更大的电容在电源侧。 LM4871是高 能CMOS音频放大器，需要 LTKCHIP TECHNOLOGY 6/8 LM4871 AB 类音频功放 2014 V1.1 6、 、输入电容 便携式设计，大输入电容既昂贵又占用空间。因此需要恰当的输入耦合电容，但在许多应用便携式 扬声器的例子中，无论内部还是外部，很少可以重现低于100Hz至150Hz的信号。因此使用一个大的输入电容 不会增加系统性能，输入电容Ci和输入电阻Ri组成一个高通滤波器，其中Ri由外接电阻和内部输入电阻Rs=16k Ω之和确定，切断频率为 对于 fc = 1 2πR i Ci 除了系统损耗和尺寸，滴答声和噼噗声受输入耦合电容Ci 的影响，一个大的输入耦合电容需要更多的电 荷才能到达它的静态电压（1/2VDD）。这些电荷来自经过反馈的内部电路，和有可能产生噼噗声的器件启动 端，因此，在保证低频性能的前提下减小输入电容可以减少启动噼噗声。 此 考虑LM4871输入电容大小时，需要综合考虑系统要求，如果要得到更好的低频响应，增大Ci或 者增大Ri都能使fc降低，但是有两点需要注意，一是Ci越大，可能开机时的滴答声和噼噗声会变大；二是如果 同时增大Ri，为了保持相同的声音放大增益，需要相应成比例的增大反馈电阻Rf。 因 ，在 7、 、模拟参考电压端电容 包含有使开启或关断的瞬态值或“滴答声和爆裂声”减到最小的电路。讨论中开启指的是电源电 压的加载或撤消关断模式。当电源电压逐渐升至最终值时，LM4871的内部放大器就好比配置成整体增益的缓 冲器一样，内部电流源加载一个受线性方式约束的电压到BYPASS管脚。理论上输入和输出的电压高低将随加 到BYPASS管脚的电压而改变。直到加载至BYPASS管脚的电压升到VDD/2，内部放大器的增益保持整体稳定。 加载到BYPASS管脚上的电压一稳定，整个器件就处于完全工作状态。LM4871的输出达到静态直流电压的时 间越长，初始的瞬态响应就越小。因此，该电容越大，开启时间越短，但“滴答声和爆裂声”也会越小。正 常选用1uF电容，如果选用2.2uF电容，会有更好的效果。 LM4871 LTKCHIP TECHNOLOGY 7/8 LM4871 AB 类音频功放 2014 V1.1 8、 、芯片封装 SOP-8 LTKCHIP TECHNOLOGY 8/8