NS4150B

NS4150 超低 EMI、无需滤波器、3W 单声道 D 类音频功放 NS4150 用户手册 V1.0 深圳市纳芯威科技有限公司 2011 年 05 月 Nsiway 1 NS4150 超低 EMI、无需滤波器、3W 单声道 D 类音频功放 修改历史 日期 Nsiway 版本 作者 修改说明 2 NS4150 超低 EMI、无需滤波器、3W 单声道 D 类音频功放 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 MSOP8 和SOP8 管脚分配图............................................................................................................ 7 管脚功能描述 ................................................................................................................................... 7 芯片印章说明 ................................................................................................................................... 8 7.1 7.2 7.3 8 NS4150 典型参考特性 .................................................................................................................................... 8 9 NS4150 应用说明............................................................................................................................................ 10 原理框图 ......................................................................................................................................... 10 工作原理 ......................................................................................................................................... 11 无需输出滤波器 ............................................................................................................................. 11 上电 ,掉电噪声抑制 ....................................................................................................................... 11 EMI增强技术 .................................................................................................................................. 11 CTRL引脚设置 ............................................................................................................................... 11 效率 ................................................................................................................................................. 12 保护电路 ......................................................................................................................................... 12 应用信息 ......................................................................................................................................... 12 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 芯片的封装 ..................................................................................................................................... 13 10 10.1 10.2 MSOP-8 封装尺寸图 .............................................................................................................................. 13 SOP-8 封装尺寸图.................................................................................................................................. 14 Nsiway 3 NS4150 超低 EMI、无需滤波器、3W 单声道 D 类音频功放 图目录 图 1 NS4150 典型应用图 ................................................................................................................................. 5 图 2 MSOP8 和SOP8 管脚分配图(top view) ................................................................................................... 7 图 3 印章说明 ................................................................................................................................................... 8 图 4 NS4150 功能框图 ................................................................................................................................... 10 图 5 EMI测试频谱图 ...................................................................................................................................... 11 图 6 差分和单端输入方式 ............................................................................................................................. 12 图 7 磁珠与电容 ............................................................................................................................................. 12 图 8 MSOP-8 封装尺寸图 .............................................................................................................................. 13 图 9 SOP-8 封装尺寸图.................................................................................................................................. 14 表目录 表 1 芯片最大物理极限值 ............................................................................................................................... 6 表 2 NS4150 电气特性表 ................................................................................................................................. 6 表 3 NS4150 管脚描述 ..................................................................................................................................... 7 表 4 工作模式 ................................................................................................................................................. 11 Nsiway 4 NS4150 超低 EMI、无需滤波器、3W 单声道 D 类音频功放 1 功能说明 NS4150 是一款超低 EMI、无需滤波器 3W 单声道 D 类音频功率放大器。NS4150 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。 NS4150 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%的效率更加适合于便携式音频产品。 NS4150 无需滤波器的 PWM 调制结构及增益内置方式减少了外部元件、PCB 面积和系统成本。 NS4150 提供 MSOP8 和 SOP8 封装，额定的工作温度范围为-40℃至 85℃。 2 主要特性   优异的全带宽 EMI 抑制能力 优异的“上电，掉电”噪声抑制 3W 输出功率（5V 电源、4Ω 负载） 0.1%THD（0.5W 输出功率、3.6V 电源） 无需滤波器 Class-D 结构 高达 90%的效率 高 PSRR：-80dB（217Hz） 低静态电流：3mA（3.6V 电源、No load） 工作电压范围：3.0V～5.25V 过流保护、过热保护、欠压保护 MSOP8 和 SOP8 封装 3 应用领域   MP3/PMP Mini 音箱 数码相框 4 典型应用电路           图1 Nsiway NS4150 典型应用图 5 NS4150 超低 EMI、无需滤波器、3W 单声道 D 类音频功放 5 极限参数 表1 芯片最大物理极限值 最小值 最大值 参数 单位 电源电压 VDD -0.3 6.0 V INP，INN，CTRL 引脚电压 -0.3 VDD+0.3 V 150 ℃ 150 ℃ 引脚温度 （焊接 10 秒） 260 ℃ 封装热阻JA（MSOP8） 190 ℃/W 封装热阻JA（SOP8） 150 ℃/W 85 ℃ +/-4000 V +IT 150 mA -IT -150 mA 最大结温 -65 存储温度范围 -40 工作温度范围 ESD 防护电压 Latch-up 注 1：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℃（除非特别说明） 表2 NS4150 电气特性表 符号 参数 测试条件 最小值 标准值 最大值 单位 5 20 mV 电学特性 |VOS| 输出失调电压 IQ 静态电流 ISD 关断电流 PSRR 电源抑制比 CMRR 共模抑制比 fSW 调制频率 VIN=0V， VDD =3.0V to 5.25V VDD =3.6V, No load VDD =3.6V，CTRL=0V 217Hz 20KHz VDD =3.0V to 5.25V 3.0 0.1 mA 10 -80 -72 -70 μA dB dB dB 400 kHz 2.8 W 2.0 W 1.7 W 1.3 W 0.15 % 0.1 % 工作特性 PO THD Nsiway 输出功率 失真度 THD=10%，f=1kHz， RL =4Ω， VDD =5V THD=1%，f=1kHz， RL =4Ω，VDD =5V THD=10%，f=1kHz， RL =8Ω， VDD =5V THD=1%，f=1kHz， RL =8Ω，VDD =5V VDD =3.6V，Po=0.1W， RL =8Ω，f=1kHz VDD =3.6V，Po=0.5W， RL=4Ω，f=1kHz 6 NS4150 超低 EMI、无需滤波器、3W 单声道 D 类音频功放 η CTRL 输入 高电平 CTRL 输入 低电平 VIH VIL 7 7.1 Po=0.6W，RL =8Ω， VDD =3.6V ，f=1kHz 效率 90 % 1.2 VDD V 0 0.2 V tST 启动时间 30 ms tWK 唤醒时间 35 ms tSD 关断时间 80 ms 芯片管脚描述 MSOP8 和SOP8 管脚分配图 图2 MSOP8 和 SOP8 管脚分配图(top view) 7.2 管脚功能描述 Nsiway 管脚号 1 符号 CTRL 表3 NS4150 管脚描述 功能描述 工作模式控制 2 Bypass 内部共模电压旁路电容 3 INP 正相音频输入 4 INN 反相音频输入 5 VoN 反相音频输出 6 VCC 电源输入 7 GND 地 8 VoP 正相音频输出 7 NS4150 超低 EMI、无需滤波器、3W 单声道 D 类音频功放 芯片印章说明 7.3 图3 印章说明 NS：代表公司商标 4150：代表产品型号 4150 YYWW：代表封装年周号 8 NS4150 典型参考特性 EFFICIENCY vs OUTPUT POWER(8Ω) 100 90 90 80 80 70 70 60 VDD=3.6V VDD=4.2V 50 40 30 Efficiency(%) Efficiency(%) EFFICIENCY vs OUTPUT POWER(4Ω) 100 VDD=3.6V VDD=4.2V 50 40 30 20 20 10 10 0 0 0 0.4 0.8 1.2 1.6 Output Power(W) 2 0 POWER DISSIPATION vs OUTPUT POWER(4Ω) 0.24 0.12 0.21 0.2 0.4 0.6 0.8 Output Power(W) 1 1.2 POWER DISSIPATION vs OUTPUT POWER(8Ω) 0.1 0.18 0.15 VDD=3.6V VDD=4.2V 0.12 0.09 0.06 Power Dissipation(W) Power Dissipation(W) 60 0.08 VDD=3.6V VDD=4.2V 0.06 0.04 0.02 0.03 0 0 0 Nsiway 0.4 0.8 1.2 1.6 Output Power(W) 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Output Power(W) 1 1.2 8 NS4150 超低 EMI、无需滤波器、3W 单声道 D 类音频功放 SUPPLY CURRENT vs OUTPUT POWER(8Ω) SUPPLY CURRENT vs OUTPUT POWER(4Ω) 0.35 0.6 0.3 0.4 VDD=3.6V VDD=4.2V 0.3 0.2 Supply Current(A) Supply Current(A) 0.5 0.1 0.25 0.2 VDD=3.6V VDD=4.2V 0.15 0.1 0.05 0 0 0 0.4 0.8 1.2 1.6 Output Power(W) 0 2 1.2 1.4 1 VDD=3.6V/Po=0.25W VDD=5.0V/Po=1.0W 0.1 Thd(%) Thd(%) 0.4 0.6 0.8 1 Output Power(W) THD vs FREQUENCY(8Ω) THD vs FREQUENCY(4Ω) 1 VDD=3.6V/Po=0.125W VDD=5.0V/Po=0.5W 0.1 0.01 0.01 10 100 1000 10000 Frequency(Hz) 10 100000 100 10 10 VDD=3.6V VDD=5.0V 1 0.1 Nsiway Thd(%) 100 0.01 0.01 100 1000 10000 Frequency(Hz) 100000 THD vs OUTPUT POWER(8Ω) THD vs OUTPUT POWER(4Ω) Thd(%) 0.2 VDD=3.6V VDD=5.0V 1 0.1 0.1 1 Output Power(W) 10 0.01 0.01 0.1 1 Output Power(W) 10 9 NS4150 超低 EMI、无需滤波器、3W 单声道 D 类音频功放 OUTPUT POWER vs SUPPLY VOLTAGE(8Ω) 1.8 2.7 1.6 2.4 1.4 2.1 1.8 THD=1% THD=10% 1.5 1.2 0.9 Output power(W) Output power(W) OUTPUT POWER vs SUPPLY VOLTAGE(4Ω) 3 1.2 1 0.6 0.6 0.4 0.3 0.2 0 THD=1% THD=10% 0.8 0 3 3.5 4 4.5 Supply Voltage(V) 5 3 3.5 4 4.5 Supply Voltage(V) 5 SUPPLY CURRENT vs SUPPLY VOLTAGE 14 Supply Current(mA) 12 10 No Load RL=4Ω RL=8Ω 8 6 4 2 0 2.5 9 9.1 3 3.5 4 4.5 Supply Voltage(V) 5 5.5 NS4150 应用说明 原理框图 图4 NS4150 功能框图 Nsiway 10 NS4150 超低 EMI、无需滤波器、3W 单声道 D 类音频功放 9.2 工作原理 NS4150 是一款超低 EMI、无需滤波器 3W 单声道 D 类音频功率放大器。在 5V 电源下，能够向 4Ω 负 载提供 3W 的功率，并具有高达 90%的效率。 NS4150 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。 NS4150 无需滤波器的 PWM 调制结构及增益内置方式减少了外部元件数目、PCB 面积和系统成本， 利用扩展频谱技术充分优化全新电路设计。芯片内置过流保护、过热保护和欠压保护功能，在异常工作 条件下关断芯片，有效地保护芯片不被损坏，当异常条件消除后，NS4150 自动恢复工作。 9.3 无需输出滤波器 NS4150 采用无需输出滤波器的 PWM 调制方式，省去了传统 D 类放大器的 LC 滤波器， 提高了效 率，提供了一个更小面积，更低成本的实现方案。 9.4 上电 ,掉电噪声抑制 NS4150 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。 9.5 EMI增强技术 NS4150 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。 图5 EMI 测试频谱图 9.6 CTRL引脚设置 通过设置 CTRL 引脚的电平值，可以设置 NS4150 的工作模式，如表 4 所示。 表4 工作模式 CTRL Mode H Open L Shutdown Nsiway 11 NS4150 超低 EMI、无需滤波器、3W 单声道 D 类音频功放 9.7 效率 NS4150 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。最高可达 90%的效率 更加适合于便携式音频产品。 9.8 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，NS4150 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，NS4150 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。 9.9 应用信息 电源去耦电容 电源端加适当的去耦电容可以确保器件的高效率及最佳的 THD 性能， 同时为得到良好的高频瞬态性 能，希望电容的 ESR 值要尽量小。一般使用 1μF 的陶瓷电容将 VDD 旁路到地。去耦电容在布局上应尽 可能的靠近芯片的 VDD 放置。如果希望更好地滤除低频噪声，则需要根据具体应用添加一个 10μF 或更 大的去耦电容。 增益设置和输入电阻 NS4150 内部集成反馈电阻为 300k，增益 Av=300k/Rin，Rin 为外接输入电阻。 输入滤波器 音频信号通过隔直电容和输入电阻输入到 NS4150 的 INP 与 INN。输入电容 Cin 与输入电阻 Rin 构成 一个高通滤波器。截止频率为 fc = 1/(2πRinCin) 。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。 图6 差分和单端输入方式 磁珠与电容 NS4150 在没有磁珠、 电容的情况下， 对 60cm 的音频线，仍可满足 FCC 标准要求。在输出音频线 过长或器件布局靠近 EMI 敏感设备时，建议使用磁珠、电容。磁珠及电容要尽量靠近芯片放置。 图7 磁珠与电容 Nsiway 12 NS4150 超低 EMI、无需滤波器、3W 单声道 D 类音频功放 10 芯片的封装 10.1 MSOP-8 封装尺寸图 图8 MSOP-8 封装尺寸图 Nsiway 13 NS4150 超低 EMI、无需滤波器、3W 单声道 D 类音频功放 10.2 SOP-8 封装尺寸图 图9 SOP-8 封装尺寸图 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。 Nsiway 14