LM4890 1瓦音频功率放大器

一般说明

LM4890是一个主要设计的音频功率放大器适用于移动电话和其他通讯设备的高要求应用。它有能力向8ΩBTL提供1瓦连续平均功率5伏直流电失真小于1%的负载（THD+N）电源。Boomer音频功率放大器是专门为提供高质量的输出功率外部组件。LM4890不需要输出耦合电容器或自举电容器，因此非常适合移动电话和其他低电压应用，在这些应用中，功耗最低是首要要求。LM4890具有低功耗关机功能模式，通过用逻辑低。此外，LM4890还具有内部热关机保护机制。LM4890包含先进的弹出和点击电路消除在打开和关闭转换。LM4890是单位增益稳定的，可以通过外部增益设置电阻器。

主要规格

217Hz时的j PSRR，VDD=5V（图1）62dB（典型）

5.0V和1%THD 1W的功率输出（典型值）

3.3V和1%THD 400mW功率输出（典型）

关机电流0.1μA（典型值）

特征

提供节省空间的包装：micro SMD，MSOP，SOIC和LLP

超低电流关机模式

BTL输出可以驱动电容性负载

改进的弹出和点击电路消除了噪音

打开和关闭转换

2.2-5.5V操作

无输出耦合电容器、缓冲网络或需要自举电容器

热关机保护

单位增益稳定

外部增益配置能力

应用

移动电话

PDA

便携式电子设备

绝对最大额定值（注2）

电源电压（注11）6.0V

储存温度−65˚C至+150˚C

输入电压−0.3V至VDD+0.3V

功耗（注3）内部有限

ESD敏感度（注4）2000V

结温150˚C

热阻

θJC（SOP）35˚C/W

θJA（SOP）150˚C/W

θJA（8凸点微贴片，注12）220˚C/W

θJA（9凸点微贴片，注12）180˚C/W

θJC（MSOP）56˚C/W

θJA（MSOP）190摄氏度

θJA（LLP）220˚C/W

焊接信息

参见AN-1112“微片式晶片级芯片规模包。”

参见AN-1187“无铅引线框架组件（LLP）”

运行额定值

温度范围

TMIN≤TA≤TMAX−40˚C≤TA≤85˚C

电源电压2.2V≤VDD≤5.5V

电气特性VDD=5V（注1、2、8）

以下规格适用于图1所示的电路，除非另有规定。TA=25°C时的限值

电气特性VDD=3V（注1、2、8）

以下规格适用于图1所示的电路，除非另有规定。TA=25°C时适用限值。

电气特性VDD=3V（注1、2、8）

以下规格适用于图1所示的电路，除非另有规定。限制适用于TA=25℃（续）

电气特性VDD=2.6V（注1、2、8）

以下规范适用于图1所示电路，除非另有规定。TA=25°C时适用限值。

注1：除非另有规定，否则所有电压均相对于接地引脚进行测量。

注2：绝对最大额定值表示设备可能发生损坏的极限值。工作额定值表示设备的工作条件功能性的，但不保证特定的性能限制。电气特性说明特定试验条件下的直流和交流电气规范保证特定性能限制。这假设设备在工作额定值范围内。对于无限制的参数，规格不作保证然而，典型值是设备性能的良好指示。

注3：最大功耗必须在高温下降低，并由TJMAX、θJA和环境温度TA决定。最大值允许的功耗为PDMAX=（TJMAX–TA）/θJA或绝对最大额定值中给定的数值，以较低者为准。对于LM4890，请参阅功率降额曲线以获取更多信息。

注4：人体模型，100 pF通过1.5 kΩ电阻器放电。

注5：机器型号，220 pF–240 pF通过所有引脚放电。

注6：典型值在25℃下测量，代表参数标准。

注7：限值保证为国家AOQL（平均出厂质量水平）。

注8：仅适用于micro SMD，在正常的室内环境下测量关机电流。在阳光直射下，ISD最大增加2μa。

注9：数据表最小/最大规格限值由设计、试验或统计分析保证。

注10：ROUT是从每个输出引脚到接地的测量值。该值表示10k欧姆输出电阻和两个20k电阻的并联组合欧姆电阻器。

注11：如果产品处于关机模式，且VDD超过6V（最大为8V VDD），则大部分过电流将流过ESD保护电路。如果源阻抗将电流限制在最大10毫安，则部件将受到保护。当VDD大于5.5V小于6.5V时，如果零件启用，虽然使用寿命会缩短，但不会造成任何损坏。在没有电流限制的情况下，超过6.5V的操作将导致永久性损坏。

注12：所有凸块具有相同的热阻，当用于降低热阻时，贡献相等。所有的颠簸都必须连接起来才能实现规定的热阻。

注13：器件中的最大功耗（PDMAX）发生在输出功率水平显著低于全输出功率时。PDMAX可以用公式1显示在应用部分。也可以从功耗图中获得。

注14:PSRR是系统增益的函数。规范适用于图1中AV=2的电路。更高的系统增益将使PSRR值降低增益增加。系统增益为10表示增益增加14dB。电源抑制比将降低14分贝，适用于所有工作电压。

典型性能特征

申请信息

桥接配置说明

如图1所示，LM4890有两个可操作的内部放大器，允许几个不同的放大器配置。第一个放大器的增益可以外部配置，而第二个放大器内部固定在单位增益，反转配置。闭环增益第一个放大器通过选择Rf与RIN的比率来设置而第二个放大器的增益是由两个内部20kΩ电阻器。图1显示放大器的输出其中一个用作放大器2的输入，这两个都产生放大器产生的信号大小相同，但输出相位相差180˚。因此，对于IC是平均值=2*（射频/里恩）通过输出Vo1和Vo2，通常称为建立“桥接模式”。桥接模式操作是不同于传统的单端放大器配置，即负载的一侧接地。桥式放大器的设计在单端配置，因为它提供了驱动到负载，从而使输出摆幅加倍电源电压。四倍的输出功率是可能的与相同条件下的单端放大器相比。可实现输出功率的增加假定放大器没有电流限制或限流。为了选择一个放大器的闭环增益而不引起过度的削波，请参考音频功率放大器设计部分。网桥配置，例如LM4890中使用的那种，与单端放大器相比，还具有第二个优势。因为差分输出Vo1和Vo2是有偏的一半供电时，负载上不存在净直流电压。这个不需要输出耦合电容在单电源单端放大器配置中需要。在没有输出耦合电容器的情况下负载偏差会导致内部IC功耗和扬声器可能损坏。

EXPOSED-DAP封装PCB安装

LM4890LD的注意事项

LM4890LD的暴露式DAP（模具连接叶片）封装（LD）在模具和部件安装和焊接到的PCB。这个LM4890LD封装应将其DAP焊接到LM4890LD下的接地铜垫（散热器NC引脚、非连接引脚和接地引脚也应直接连接连接到这个铜垫散热片区域）。的面积铜垫（散热器）可根据LD功率确定降额图。如果多层铜散热片面积则这些内层或背面的铜散热片各区域应通过4（2 x 2）通孔相互连接。这些通孔的直径应在0.013英寸之间0.02英寸，间距0.050英寸。确保通过电镀和焊料填充通孔实现高效导热。有关PCB的更多详细信息LLP封装的布局、制造和安装可从National Semiconductor的封装工程部获得申请注释AN1187

功率损耗

在设计成功的放大器，无论放大器是桥接的还是单端。权力增加的直接后果通过电桥放大器传送到负载是内部功耗。由于LM4890在一个封装中有两个操作放大器，最大内部功耗是单端放大器的4倍。给定应用程序的最大功耗可以从功率耗散图或方程1中导出。PDMAX=4*（VDD）2/（2π2RL）（1）最重要的是不超过150˚C。TJMAX可以通过PDMAX和PC板箔的功率降额曲线面积。通过添加额外的铜箔，热电阻可以减少应用程序的数量，从而提高PDMAX。额外的铜箔可以添加到任何导线上连接到LM4890。参考LM4890参考设计板上的信息应用程序良好散热的例子。如果TJMAX仍然超过150˚C，然后必须进行其他更改。这些变化可以包括降低电源电压，提高负载阻抗，或降低环境温度。内部功耗是输出功率函数。参考典型性能功率损耗信息的特性曲线不同的输出功率和输出负载。

电源旁路

与任何放大器一样，正确的电源旁路对于低噪声性能和高电源抑制。这个旁路和电源引脚上的电容器位置应尽可能靠近设备。典型应用采用带10μF钽或电解电容器的5V调节器和陶瓷旁路电容器供应稳定。这并不能消除绕过LM4890的电源节点。选择旁路电容器，尤其是CBYPASS，取决于PSRR要求、点击弹出性能（如“外部组件的正确选择”一节所述）、系统成本和大小限制。

关机功能

为了在不使用时降低功耗LM4890包含一个关闭引脚，用于外部关闭放大器的偏置电路。此关闭功能将关闭引脚上的逻辑低时，放大器关闭。通过将停机引脚切换到接地，LM4890电源在空闲模式下，电流消耗将最小化。当设备关闭引脚电压低于闲置电流可能大于5VDC值为0.1μA。（怠速电流在停机时测量引脚接地）。在许多应用中，微控制器或微处理器输出用于控制关机电路，以提供快速、平稳地过渡到停机状态。另一个解决办法是将单极单掷开关与外部上拉电阻器。当开关闭合时关机引脚接地并禁用am放大器。如果开关断开，则外部上拉电阻器将启用LM4890。这个方案保证关闭销不会浮动，从而防止不必要的状态变化。

申请信息（续）

停机输出阻抗

对于Rf=20k欧姆：ZOUT1（Out1和GND之间）=10k | | 50k | | Rf=6kΩZOUT2（Out2和GND之间）=10k |（40k+（10k | | Rf）)) =8.3kΩZOUT1-2（Out1和Out2之间）=40k |（10k+（10k | | Rf）)) =11.7千欧这些测量的-3dB衰减为600kHz正确选择外部部件在使用集成功率放大器的应用中，正确选择外部元件是优化器件的关键以及系统性能。而LM4890可以容忍外部组件组合，必须考虑组件值，以最大限度地提高系统整体质量。LM4890是统一增益稳定，这给设计师最大的系统灵活性。LM4890应用于低增益配置以最小化THD+N值，以及最大化信噪比。低增益配置需要大的输入信号以获得给定的输出功率。输入信号等于或大于1Vrms来自音频编解码器等源。请参考部分，音频功率放大器设计，更全面的解释正确的增益选择。除了增益，主要考虑因素之一是放大器的闭环带宽。在很大程度上，频带宽度取决于外部元件的选择如图1所示。输入耦合电容，CIN，形成一个限制低频响应的一阶高通滤波器。应根据需要选择此值频率响应有几个明显的原因。

输入电容器尺寸的选择

大型输入电容器既昂贵又占用空间用于便携式设计。显然，一定尺寸的电容器需要在低频率下进行耦合，而无需严重关注。但在许多情况下，扬声器用于便携式系统，无论是内部还是外部，都没有能力再现100Hz至150Hz以下的信号。因此，使用大输入电容器可能不会提高实际系统性能。除了系统成本和尺寸外，点击和弹出性能还受输入耦合电容器大小的影响，CIN公司。较大的输入耦合电容需要更多的电荷达到其静态直流电压（名义上为1/2 VDD）。这个电荷通过反馈来自输出，并且容易在设备启用时创建POP。因此，通过最小化电容器尺寸基于必要的低频响应，打开的POP可以最小化。除了减小输入电容器的尺寸外，还应仔细考虑旁路电容器的值。旁路电容器，CBYPASS，是微型开启式pops最关键的部件，因为它决定了LM4890的速度打开。LM4890的输出速度越慢静态直流电压（名义上为1/2VDD）越小打开pop。选择CBYPASS等于1.0μF以及CIN值较小（在0.1μF至0.39μF范围内）应产生一个几乎没有点击和弹出关闭功能。当设备正常工作时，（无振荡或摩托艇），当CBYPASS等于0.1μF时，设备将更容易被打开的点击和弹出。因此，建议在除最具成本敏感性的设计。

音频功率放大器设计

一个1W/8Ω音频放大器

鉴于：功率输出1 Wrms

负载阻抗8Ω

输入电平1 Vrms

输入阻抗20 kΩ

带宽100 Hz–20 kHz±0.25 dB

设计师必须首先确定最小供应轨获得规定的输出功率。从输出功率与电源电压的关系图在典型性能特性部分，电源轨可以很容易找到。确定最小支承轨的第二种方法是使用方程式2计算所需的Vopeak再加上输出电压。使用此方法，最小电源电压为（Vopeak+（VOTOP+VODBOT）），其中VODBOT和vottop是根据典型性能下的电压-电压关系曲线推断出来的特征部分。

5V是一种标准电压，在大多数应用中，它是供电轨的cho  sen。额外的电源电压创造了头部空间，使LM4890能够重现过多的峰值1W，不会产生声音失真。在这个时候设计师必须确保电源的选择用输出阻抗不违反条件在“功耗”一节中进行了说明。一旦解决了功耗方程，所需的差分增益可由等式3确定。

根据方程式3，最小AVD为2.83；使用AVD=3。由于所需的输入阻抗为20 kΩ，并且带有AVD增益为3，Rf与RIN的比率为1.5:1时，分配结果为RIN=20 kΩ和Rf=30 kΩ。最后的设计步骤是解决必须说明的带宽要求作为一对−3 dB频率点。五倍于−3 dB点与通带响应相比降低0.17 dB优于规定的±0.25 dB。fL=100Hz/5=20HzfH=20kHz*5=100kHz

申请信息（续）

如外部组件部分所述，RIN与CIN连接形成高通滤波器。CIN≥1/（2π*20 kΩ*20Hz）=0.397μF；使用0.39μF高频磁极由期望频率极点fH和差分增益AVD。当AVD=3和fH=100kHz时，产生的GBWP=300kHz，比2.5兆赫。这个计算表明，如果设计师有需要为了设计具有更高差分增益的放大器LM4890在不占用带宽的情况下仍然可以使用局限性。

LM4890是单位增益稳定，不需要外部除了增益设置电阻之外的元件，一个输入耦合电容器，以及典型应用中的适当电源旁路。但是，如果闭环微分增益大于如果需要大于10，则反馈电容器（C4）可以需要如图2所示来限制放大器的带宽。这个反馈电容器产生一个低通滤波器，消除可能的高频振荡。小心点在计算-3dB频率时取，因为R3和C4的不正确组合将导致前滚降20千赫。反馈电阻和电容器的典型组合，不会产生音频频带高频衰减是R3=20kΩ和C4=25pf。这些组件导致-3dB点约320 kHz。

PCB布局指南

本节提供混合信号的实用指南涉及各种数字/模拟电源和地面痕迹。设计师应该注意到这些只是“经验法则”的建议和实际效果将很大程度上取决于最终的布局。混合信号总布置图建议电源和接地电路对于2层混合信号设计，隔离模拟电源的数字电源和接地跟踪路径以及地面跟踪路径。星型跟踪路由技术（将单个跟踪带回到中心点，而不是以串行方式将跟踪链接在一起）可以具有对低电平信号性能的主要影响。星迹路由是指使用单独的记录道来提供电力和接地到每个电路甚至设备。这项技术将需要更多的设计时间，但不会增加董事会的最终价格。唯一需要的额外零件将做些跳伞运动员。

单点电源/接地连接

模拟功率跟踪应连接到数字通过单个点（链接）进行跟踪。“Pi过滤器”可能会有所帮助在最小化高频噪声耦合模拟和数字部分。进一步建议在相应的数字和模拟地面跟踪上进行数字和模拟功率跟踪，以最小化噪声耦合。数字和模拟元件的放置全数字元件和高速数字信号跟踪应尽可能远离模拟部件和电路痕迹。避免典型的设计/布局问题避免接地回路或运行数字和模拟轨迹在同一PCB层上彼此平行（并排）。当痕迹必须相互交叉时，以90度角交叉。以90度角运行数字和模拟轨迹其他尽量从上到下都会最小化电容噪声耦合和串扰。

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