NS4158

NS4158 防失真、超低EMI、无需滤波器、5W单声道数字音频功放 NS4158 用户手册 V1.2 深圳市纳芯威科技有限公司 2014 年 12 月 Nsiway 1 NS4158 防失真、超低EMI、无需滤波器、5W单声道数字音频功放 修改历史 日期 2011-3-17 2014-12-2 Nsiway 版本 V1.1 V1.2 作者 修改说明 增加印章说明 2 NS4158 防失真、超低EMI、无需滤波器、5W单声道数字音频功放 目 录 1 功能说明...............................................................................................................................................................5 2 主要特性...............................................................................................................................................................5 3 应用领域...............................................................................................................................................................5 4 典型应用电路.......................................................................................................................................................5 5 极限参数...............................................................................................................................................................6 6 电气特性...............................................................................................................................................................6 7 芯片管脚描述.......................................................................................................................................................7 7.1 7.2 7.3 NS4158 封装管脚分配图.................................................................................................................... 7 NS4158 引脚功能描述........................................................................................................................ 8 芯片印章说明...................................................................................................................................... 8 8 NS4158 典型参考特性.........................................................................................................................................9 9 NS4158 应用说明...............................................................................................................................................12 9.1 9.2 9.3 9.3.1 9.3.2 9.3.3 9.3.4 9.3.5 9.3.6 9.4 9.5 9.6 10 Nsiway 芯片基本结构描述............................................................................................................................ 12 防失真功能........................................................................................................................................ 12 NS4158 应用参数设置...................................................................................................................... 13 增益计算............................................................................................................................................ 13 输入电容 Ci 和输入电阻 Ri 选择.....................................................................................................13 旁路电容 Cb 选择..............................................................................................................................13 电源滤波电容选择............................................................................................................................ 13 工作模式设置.................................................................................................................................... 13 磁珠与电容........................................................................................................................................ 15 上电 ,掉电噪声抑制.......................................................................................................................... 15 效率.................................................................................................................................................... 15 保护电路............................................................................................................................................ 15 芯片的封装........................................................................................................................................ 16 3 NS4158 防失真、超低EMI、无需滤波器、5W单声道数字音频功放 图目录 图 1 NS4158 典型应用电路................................................................................................................................ 5 图 2 NS4158 封装管脚分配图(top view)........................................................................................................... 7 图 3 印章说明...................................................................................................................................................... 8 图 4 NS4158 原理框图...................................................................................................................................... 12 图 5 假设不受电源电压限制时的音频输出信号............................................................................................12 图 6 普通工作模式下的音频输出信号............................................................................................................13 图 7 防失真工作模式下的音频输出信号........................................................................................................13 图 8 软件设置 NS4158 工作模式..................................................................................................................... 14 图 9 一线脉冲时序图........................................................................................................................................ 14 图 10 硬件设置 NS4158 工作模式................................................................................................................. 14 图 11 输出端加磁珠应用图............................................................................................................................ 15 图 12 SOP-8 封装尺寸图.................................................................................................................................16 表目录 表 1 芯片最大物理极限值.................................................................................................................................. 6 表 2 NS4158 电气特性........................................................................................................................................ 6 表 3 NS4158 管脚描述........................................................................................................................................ 8 Nsiway 4 NS4158 防失真、超低EMI、无需滤波器、5W单声道数字音频功放 1 功能说明 NS4158 是一款带防失真功能，超低 EMI，无需滤波器，5W 高效率的单声道数字音频功放。独特的 防失真功能可以通过检测输出信号的失真，动态调整系统增益，不仅有效防止过载输出对喇叭的损坏， 同时带来舒适的听觉感受。实际应用可以通过软件或者硬件设置放大器工作在防失真模式和普通模式。 软件是通过一线脉冲控制，硬件是通过电平控制。应用非常灵活。NS4158 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。其输出无需滤波器的 PWM 调制结构 及反馈电阻内置方式减少了外部元件、PCB 面积和系统成本。NS4158 在 5V 的工作电压时，能够向 2Ω 负载提供 5W 的输出功率。 NS4158 内置过流保护、过热保护及欠压保护功能，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%以上的效率更加适合低电压，高功率输出的音频系统。 NS4158 提供 SOP8 封装，额定的工作温度范围为-40℃至 85℃。 2 主要特性           3 应用领域    4 防失真功能，软件或者硬件设置工作模式 输出功率：3.0W(4Ω 负载), 3.8W(3Ω 负载), 5.0W(2Ω 负载) 工作电压范围：3V～5.25V 0.5%THD（1 W 输出功率、5V 电源、4Ω负载） 优异的全带宽 EMI 抑制能力 优异的“上电，掉电”噪声抑制 高达 90%的效率 高 PSRR：-80dB（217Hz） 过流保护、过热保护、欠压保护 SOP8 封装 USB 2.1 音响 插卡 2.1 音响、移动 2.1 音响 对箱，普通插卡音响 典型应用电路 图 1 NS4158 典型应用电路 Nsiway 5 NS4158 防失真、超低EMI、无需滤波器、5W单声道数字音频功放 5 极限参数 参数 电源电压 表 1 芯片最大物理极限值 最小值 最大值 单位 2.8 5.5 V 储存温度 -65 150 o 输入电压 -0.3 VDD V 耐 ESD 电压 4000 结温 150 推荐工作温度 -40 85 推荐工作电压 3 5.25 说明 C V o C o C 热阻 20 80 220 JC(SOP8) JA(SOP8) 焊接温度 o o C/W C/W o C 15 秒内 注：在极限值之外或任何其他条件下，芯片的工作性能不予保证。 6 电气特性 限定条件：（TA＝25℃,VDD=5.0V） 表 2 NS4158 电气特性 符号 参数 VDD 电源电压 IDD 电源静态电流 ISD VOS RO 关断漏电流 输出失调电压 输出电阻 PSRR 电源抑制比 CMRR fSW 共模抑制比 调制频率 η 效率 VIH 高电平输入电压 (软件设置模式) 测试条件 最小值 标准值 3 VDD =5.0V， VIN＝0V，No load VCTRL =0V 217Hz 20KHz 最大值 单位 5. 25 V 4 mA 1 10 3 µA mV K dB dB dB kHz -70 350 40 -80 -72 VDD =3V to 5.25V Po=2.5W,RL =4Ω, VDD =5V 普通模式 0.4VDD VDD 防失真模式 0.9 VDD VIL 低电平输入电压 (软件设置模式) SHUTDOWN 0 0.2 THI CTRL 高电平时间 (软件设置模式) 1 12 us TLO CTRL 低电平时间 (软件设置模式) 1 12 us TOFF CTRL 关断时间 (软件设置模式) 100 普通模式 0.4VDD VCTRL CTRL 阀值 (硬件设置模式) 防失真模式 0.9 Nsiway SHUTDOWM 模式 90 % V us VDD 1/3VDD 0.4VDD V 0.2 6 NS4158 防失真、超低EMI、无需滤波器、5W单声道数字音频功放 PO 7 输出功率 （普通模式） THD+N＝1%, f=1KHz,RL=2Ω 4.0 W THD+N＝1%, f=1KHz,RL=3Ω 3.2 W THD+N＝1%, f=1KHz,RL=4Ω 2.6 W THD+N＝10%, f=1KHz,RL=2Ω 4.8 W THD+N＝10%, f=1KHz,RL=3Ω 3.8 W THD+N＝10%, f=1KHz,RL=4Ω 3.1 W 0.5 % 75 dB THD+N 总失真度+噪声 SNR 信噪比 AVD=2，f=1kHz RL=4Ω，PO=1.0W RL＝4Ω,Po＝1.0W TAT Attack time VDD =3.6V 20 ms TRL Release time VDD =3.6V 1.5 s AMAX 最大衰减增益 -10 dB 芯片管脚描述 7.1 NS4158 封装管脚分配图 图 2 NS4158 封装管脚分配图(top view) Nsiway 7 NS4158 防失真、超低EMI、无需滤波器、5W单声道数字音频功放 7.2 NS4158 引脚功能描述 符号 CTRL Bypass NC INN VoN VDD GND VoP 7.3 表 3 NS4158 管脚描述 管脚号 描述 1 工作模式控制 2 旁路电容 3 空脚 4 信号输入端 5 输出负端 6 电源输入 7 电源地 8 输出正端 芯片印章说明 图 3 印章说明 NS：代表公司商标 4158：代表产品型号 4158 YYWW：代表封装年周号 Nsiway 8 NS4158 防失真、超低EMI、无需滤波器、5W单声道数字音频功放 8 NS4158 典型参考特性 Nsiway 9 NS4158 防失真、超低EMI、无需滤波器、5W单声道数字音频功放 Nsiway 10 NS4158 防失真、超低EMI、无需滤波器、5W单声道数字音频功放 Nsiway 11 NS4158 防失真、超低EMI、无需滤波器、5W单声道数字音频功放 9 NS4158 应用说明 9.1 芯片基本结构描述 NS4158 是一款带防失真功能，超低 EMI，无需滤波器，5W 高效率的单声道数字音频功放。芯片内 部集成了反馈电阻和部分输入电阻，放大器的增益可以在外围通过输入电阻设置，桥式输出。其原理框 图如下： 图 4 NS4158 原理框图 9.2 防失真功能 NS4158 有防失真功能。通过 CTRL 引脚设置可进入防失真工作模式。放大器自动检测输出削顶失 真，自动调整放大器的增益，达到防失真效果。如下图所示： 图 5 假设不受电源电压限制时的音频输出信号 Nsiway 12 NS4158 防失真、超低EMI、无需滤波器、5W单声道数字音频功放 图 6 普通工作模式下的音频输出信号 图 7 防失真工作模式下的音频输出信号 9.3 9.3.1 9.3.2 NS4158 应用参数设置 增益计算 NS4158 增益通过外接输入电阻 Ri 设置，总增益计算公式为 Av=360k/(10k+Ri)。 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 fc=1/(2π*(Ri+10k)*Ci)。在 Ri 已经确定的情况 下，根据截止频率 fc 就可以计算出 Ci。 9.3.3 旁路电容 Cb 选择 Cb 决定 NS4158 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。 9.3.4 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 的电容并上 0.1uF 的陶瓷电容。 9.3.5 工作模式设置 NS4158 有两种工作模式：普通模式和防失真模式。通过软件或者硬件都可以设置芯片工作在不同的 模式。 Nsiway 13 NS4158 防失真、超低EMI、无需滤波器、5W单声道数字音频功放 软件设置 NS4158 支持一线脉冲通过 CTRL 管脚控制 NS4158 进入不同的工作模式。第一个上升沿工作在普通 模式。第二个上升沿工作在防失真模式。CTRL 管脚拉低并且保持 100us 以上芯片进入关机 （SHUTDOWN）模式。芯片进入关机（SHUTDOWN）模式以后。如要重新进入这两种模式的其中一种 必须重新设置。示意图如下： 图 8 软件设置 NS4158 工作模式 加在 CTRL 管脚的一线脉冲高电平宽度（THI）要求 1us