【導讀】耗電顯示器不是與電池供電的便攜式、可穿戴和物聯網設備接口的最有效媒介。因此，低功耗音頻正迅速成為一種更受歡迎的替代品。在本設計解決方案中，我們回顧了D類數字音頻放大器，并討論了一些當前解決方案的限制，然后介紹了一種巧妙封裝的IC，該IC需要最少的配置即可快速為這些應用帶來高質量的音頻。
耗電顯示器不是與電池供電的便攜式、可穿戴和物聯網設備接口的最有效媒介。因此，低功耗音頻正迅速成為一種更受歡迎的替代品。在本設計解決方案中，我們回顧了D類數字音頻放大器，并討論了一些當前解決方案的限制，然后介紹了一種巧妙封裝的IC，該IC需要最少的配置即可快速為這些應用帶來高質量的音頻。
介紹
“Video Kill the Radio Star”——The Buggles 1979 年的熱門唱片是關于音頻娛樂消亡的，然后通過無線 AM/FM 無線電接收器提供（圖 1），就像視頻（以電視為幌子）開始崛起一樣。當時，樂隊從未想象過一個世界，便攜式電子設備可以讓我們立即流式傳輸我們選擇的任何電影，或者讓我們用接近電影制片廠質量的視頻記錄我們的日常生活。然而，當伴隨著同樣高質量的音頻時，高質量的視頻是最欣賞的，可以說，在隨后的幾年中，用戶的音頻體驗被不可原諒地忽視了。它已成為便攜式電子設備（如可穿戴設備，AR / VR和緊湊型物聯網產品）上可用的無數復雜功能的“不良關系”。用戶已經習慣于對來自這些設備的音頻抱有很高的期望。“畢竟，它只是一個手機，”這是一個經常重復的口頭禪，已經變得太熟悉了。
然而，隨著可穿戴設備和物聯網設備的激增，一個可喜的變化正在發生。用戶和設計人員都意識到，大屏幕、耗電屏幕不適合電池供電的移動設備。因此，語音和音頻正迅速成為控制和接收來自這些設備的信息的首選媒介。用戶還要求獲得比目前更好的音頻體驗。是的，設計人員很容易責怪便攜式設備的緊湊外形限制了揚聲器尺寸。但是，在許多情況下，導致音頻質量差的不是揚聲器，而是驅動它的放大器。在此設計解決方案中，我們研究了集成和配置許多數字D類放大器以用于便攜式電子設備的一些困難。然后，我們展示了一款小巧、低功耗、D類數字音頻放大器，可以無縫集成，為用戶提供無與倫比的感官體驗，并以此證明音頻復興的合理性，使其成為與便攜式電子設備接口的首選媒介。
數字D類放大器
由于其高效率和出色的EMI性能，無濾波器數字輸入D類放大器已成為消費電子設備中驅動揚聲器的公認標準。這是因為它們不受與模擬對應物相關的電路板設計問題的影響，最具體地說是信號完整性。單通道數字D類放大器可以放置在電路板上的遠程位置，以最大限度地減少大電流電池和揚聲器負載連接的布線。這些放大器不需要模擬輸入D類設計所需的DAC和線路驅動器。因此，空間和系統成本下降，設計變得更加簡單。許多D類放大器接受脈沖編碼調制（PCM）或I類放大器2需要三根導線的 S 數據：BCLK、LRCLK 和 DIN（圖 2）。PCM 數據格式不需要調制器或應用處理器上數據的上采樣來提供立體聲數據。
圖2.PCM 輸入 D 類，使用三根線。
然而，一些傳統的數字輸入放大器存在一些缺點。其中一個限制是需要一個單獨的、干凈的主時鐘（MCLK）來得出無抖動的采樣時鐘。其他放大器提供可調采樣速率和/或位深度，但這可能需要復雜的編程。此外，大多數數字輸入放大器需要兩個電源電壓：低數字電源電壓（1.8V）和高揚聲器電源電壓（2.5V至5.5V）。與其使用相關的另一個問題是EMI。對于高質量音頻應用，許多D類放大器需要額外的濾波來限制EMI的影響，從而進一步增加電路板尺寸/成本。在選擇放大器連接到觸覺驅動器時，快速的導通時間（小于幾毫秒）很重要，否則該器件必須保持永久通電狀態，從而導致便攜式設備的電池消耗得更快。
更簡單、更小
圖3所示的IC解決了這些設計問題的所有方面，并具有提供更簡單、更小、更低功耗的解決方案的額外優勢。
圖3.MAX98360數字D類放大器
與舊的D類放大器不同，該IC使用自動采樣率和位深度配置，無需復雜的編程，并提供簡單有效的“即插即用”音頻解決方案。它具有靈活的音頻接口，支持I2S、左對齊和 8 通道時分復用 （TDM） 數據格式。它接受 8kHz、16kHz、32kHz、44.1kHz、48kHz、88.2kHz 和 96kHz 采樣速率，I中的數據字可以是 16 位、24 位或 32 位2S 和左對齊模式以及 TDM 模式下的 16 位或 32 位。10μV 保證了高品質音頻有效值輸出噪聲、80dB PSRR 和 110dB 動態范圍規格，對于揚聲器靠近耳朵的設備（例如 AR/VR 和可穿戴設備）以及在安靜環境中使用的設備（睡眠輔助設備）來說，這些規格尤其重要。
與其他D類放大器相比，該放大器具有多種功率優勢。它只能采用一個電源電壓（2.5V至5.5V）工作。它可以接受低至 1.2V 的輸入邏輯電壓電平（這意味著不需要電平轉換器），但它足夠堅固，可以承受高達 5.5V 的輸入電壓。它還以高達 92% 的效率運行，從而減少電池消耗。
另一個有益的特性是，如果DAIn引腳保持低電平，IC會自動進入超低功耗模式，在該模式下，IC吸收1.5μA的微小待機電流。這大大降低了功耗，在沒有主機 GPIO 可用于控制 EN 引腳的應用中非常有益。但是，需要注意的是，EN引腳可用于通過將IC置于關斷模式來實現額外的節能效果，在該模式下，IC僅消耗15nA電流。
方便的是，它還具有非常快的1ms導通時間（比類似的D類放大器快4倍），即使在連接到LRA觸覺驅動器時，也可以在超低功耗1.5μA待機模式下等待。
該 IC 還具有其他一些顯著優勢，有助于最大限度地減小電路板尺寸/成本。首先，它有1.9毫米的微小尺寸。29 引腳 WLP 具有巧妙的引腳布局，旨在消除對昂貴電路板過孔的需求。如圖4所示，GAIN_SLOT引腳（位于封裝中心）可以方便地連接到VDD或 GND（直接或使用電阻器）或保持未連接狀態，以提供 I2S/左對齊增益設置如表1所示。
圖4.將GAIN_SLOT連接到 VDD或 GND 用于所需的增益設置。
其次，該器件無需額外的D類濾波即可實現圖5所示的卓越EMI性能。由于只需要一個外部旁路電容器，因此整體解決方案尺寸僅為3.69mm2.
圖5.MAX98360 EMI性能，采用12in.帶狀線負載。
總結
隨著音頻接口迅速成為電池供電的可穿戴設備、物聯網設備和其他類型的小型便攜式電子設備的普遍功能，設計人員正在尋找更簡單、更具成本效益的方法來為其設備添加高質量音頻。在此設計解決方案中，我們回顧了將某些D類放大器集成到空間受限應用中的困難。我們可以得出結論，新一代靈活的低功耗數字輸入D類音頻放大器為將音頻集成到任何類型的電子設備中的任務帶來了“即插即用”的簡單性，使其成為便攜式設備，可穿戴設備和物聯網設備的理想選擇。MAX98360除采用9引腳WLP封裝外，還提供10引腳FC2QFN封裝。
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