LM4863典型應用圖
.JPG)
應用信息
裸露DAP封裝PCB裝置考慮事項
裸露DAP封裝必須連接到地。LM4863裸露DAP封裝需要特別注意它的散熱設計。如果沒有適當的處理散熱設計問題，LM4863在驅動4Ω阻值時將進入熱關斷。
在LM4863底部的裸露DAP封裝必須焊接到電路板的銅襯墊上。裸露DAP封裝的熱量通過一個銅面傳開。如果銅面不在電路板的頂層表面上，需要使用8-10個直徑小于或等于0.013英寸的通孔來把裸露DAP封裝熱耦合到銅平面上。
由于銅面是用來把裸露DAP封裝中的熱量散發出去，所以它應當盡可能的大一些。如果散熱片和放大器共用同一層PCB板，5V電壓下驅動4Ω的負載，至少需要使用2.5in2面積的散熱片。不放在同一PCB層的LM4863在相同負載和工作電壓下則需要5in2。如果周圍環境溫度大于25℃，需要增大散熱片的面積或使用風扇來確保LM4863的結溫低于150℃的關斷溫度。在功率特征曲線中有更多的說明。
當LM4863驅動3Ω負載情況時需要另加風扇。當環境溫度很高時，需要更大風力的風扇或更大面積的散熱片以避免器件進入熱關斷。
驅動3Ω和4Ω負載時PCB布局及注意事項
由于使用了低阻抗的負載，LM4863輸出管腳連線電阻的大小會對輸出功率有非常大的影響。從LM4863的輸出端到負載或負載連接器的連線必須盡可能寬。輸出連線的任何電阻都會降低輸出功率。舉例來說，在輸出使用一個4Ω的負載以及0.1Ω的連線電阻，那么負載的輸出功率會從2.2W降低到2.0W。
輸出功率的大小還取決于基準電源。為了在大輸出功率的情況下避免電源電壓降低，電源連線也應當盡可能寬。
橋式配置說明
如上圖所示，LM4863內部有兩對運放。第一個放大器的增益是外部配置結構決定的，而第二個放大器是內部固定增益為單位增益，構成倒相裝置。第一個放大器的閉環增益是通過調節Rf 與Ri之間的比率來確定的，而第二個放大器的增益是通過兩個20KΩ的內連電阻來固定的。圖1顯示了放大器1的輸出端作用于放大器2的輸入端，這導致了兩個放大器分別產生了幅值相等但有180°相位差的信號。因此，IC每個通道的差模增益是：
AVD = 2 x (Rf / Ri)
通過對負載差分的驅動到輸出端+OUTA和-OUTA或+OUTB和-OUTB。放大器配置通常是參照“橋式”建立的。橋式工作不同于經典的單端輸出放大器結構，單端輸出結構的放大器的負載一端是接地的。
橋式放大器設計比起單端輸出結構有許多明顯的優勢。比如，橋式結構給負載提供了差分驅動，這樣使輸出擺幅加倍。在相同的條件下，橋式結構的輸出功率甚至可以達到單端輸出模式下的四倍。輸出功率的增加是假設放大器在不受電流限制和削減的情況下。為了選擇放大器的閉環增益而不過度的削減電流，請參照音頻功率放大器部分。
橋式結構比起單端輸出結構的放大器還有別的優勢。因為差分輸出+OutA,-OutA,+OutB,-OutB,被偏置在半電源上。電路網絡的直流電壓沒有通過負載。這就排除了對輸出耦合電容的需要。如果在單端輸出結構中沒有使用輸出耦合電容，那么通過負載的半電路電源偏置會導致IC內部的功率耗散和對擴音器的永久傷害。
功耗
無論放大器是采用橋式結構或是單端輸出結構。在放大器的設計中，功耗都將是一個首要考慮的問題。公式2顯示了在給定電源電壓和所驅動負載的情況下，放大器在單端輸出結構下運行時的最大功耗點。
PDMAX = (VDD)2 / (2π2 RL) 單端輸出 (2)
然而，在橋式放大器中，所傳遞到負載功率增加的直接后果就是內部功率耗散的增加。公式2顯示了當橋式放大器運行在相同情況下的最大功率耗散點。
PDMAX = 4 x (VDD)2 / (2π2 RL) 橋式輸出 (3)
既然LM4863是雙通道功率放大器。依據不同模式，LM4863的最大內部功率耗散是公式2或公式3所得值的兩倍。盡管LM4863在功率耗散方面確實的增加，但它并不需要熱沉。從公式3中得到的功率耗散是假設在5V的電源供電和8Ω的負載情況下的，而且它的值也不能大于從公式4中所得到的功率耗散的值：
PDMAX = (TJMAX − TA) / θJA (4)
LM4863的TJMAX=150℃，此外，還取決于系統周圍的環境溫度。公式4可以用通過IC封裝來找到內部最大功率耗散。如果公式3的結果大于了公式4的結果。那么或者降低電源電壓、使負載阻抗升高，或者降低環境溫度。在5V電源供電、8Ω橋式負載的典型應用中，不影響最大節溫的最大環境溫度大約在48℃。它確保了器件維持在最大功率耗散點附近，內部功耗也是輸出功率的函數。如果典型工作下不在最大功耗附近，可以增加環境溫度。參考典型性能特性曲線。
電源旁路
當使用任何功率放大器，恰當的電源旁路對低躁聲性能和高電源抑制性是至關重要的。在旁路和在電源管腳上的電容應當盡可能地靠近器件。在半電路的電源旁路采用較大的電容提高了電源抑制比，因為它增加了半電路電源的穩定性。在典型應用中，使用5V的校準電壓和10μf和0.1μf的旁路電容來增加電源濾波。但這并不能消除我們對電源網絡旁路的需要。旁路電容的大小是取決于我們想達到的電源抑制比要求、沖擊響應等因素。在外部構件的正確選取部分有更多介紹。
低功耗關斷功能
為了減少在IC不使用時候的功耗，LM4863擁有一個關斷管腳，可以從外部關斷放大器的偏置回路。當邏輯高電位被置于關斷管腳時，放大器被關斷。典型情況下，介于邏輯低電位和高電位之間的翻轉點是半電路電源。在接地端和電源VDD之間轉變是最好的，這樣可以提供最佳的器件性能。如果把關斷管腳轉接到VDD。在閑置下，LM4863的電源電流降將最小化。當關斷管腳電壓小于VDD，器件將失效。閑置電流將大于0.7μA的典型值。在其他情況下，關斷管腳應當連接在固定的電壓上，這樣可以避免不必要的工作狀態改變。
在許多應用中，一個微控制器或是微處理器的輸出是用來控制關斷回路的。這樣使器件能夠流暢而又迅速的轉變到關斷模式下。另一種方法是在與外部上拉電阻的連接處使用一個單極點的開關。當開關被閉合時，關斷管腳連接到了接地端，放大器正常工作。一旦開關被打開，外部的上拉電路會使LM4863失效。這樣的設置保證了關斷管腳不會懸空，從而避免了不需要的工作狀態的改變。
選擇適當的外部元件
在集成功率放大器的應用中，選擇適當的外部單元對優化器件和系統的性能來說是至關重要的。當LM4863連接到各式各樣的外部元件時，對元件取值的選取必須以優化綜合系統質量為目標。
LM4863單位增益是穩定的，給予了設計者最優的系統性能。LM4863應當被用于低增益的結構來減少THD+N值、增大信噪比。低增益結構需要較大的輸入信號來得到想要達到的輸出功率。大于或等于1Vrms的輸入信號能從諸如音頻編碼器之類的信號源處獲得。想要更多對增益選擇的完整說明，請參考音頻功率放大器設計部分。
除了增益以外，另一個我們主要考慮的參數是放大器的閉環帶寬。放大器的帶寬在很大程度上是由外部元件的選擇來確定的。如圖1所示，輸入耦合電容Ci 形成了一個高通濾波器。高通濾波器限制了低頻響應。很清楚，我們必須根據所需要的頻率響應才能來來確定所要取的值的。
電流沖擊響聲回路
LM4863含有減少開啟瞬態電流和電流沖擊響聲的回路。在這種情況下，開啟指的是電源的開啟或者是器件剛脫離關斷模式。當器件啟動時，放大器內部設置的與單位增益緩沖器一樣。一個內部的電流源升高了旁路管腳的電壓。理想情況下，輸入和輸出跟隨旁路管腳的電壓。器件將一直維持在緩沖器工作模式下直到旁路管腳的值達到它電源電壓的一半，1/2VDD。一旦旁路節點穩定后，器件將進入完全工作狀態，此時的增益是由外部電阻決定的。
盡管旁路管腳的電流源是不能改變的。但CB的大小是可以通過調節器件的開啟時間和電流沖擊響聲的量來改變的。然而，我們必須在使用大的旁路電容和增加這個器件的啟動時間之間折衷。CB的大小與所需的開啟時間是有線性對應的關系的。這里是一些CB的值和其所需的典型開啟時間。
|
CB
|
TON
|
|
0.01μF
|
20 ms
|
|
0.1μF
|
200 ms
|
|
0.22μF
|
440 ms
|
|
0.47μF
|
940 ms
|
|
1.0μF
|
2 Sec
|
為了消除電流沖擊響聲，在器件開啟前，所有的電容必須先放電。快速的開啟或關閉器件的開關或者器件的關斷功能會使電流沖擊響應回路不能充分的工作，從而增加了電流沖擊響應噪聲。在單端輸出結構中，我們尤其需要注意輸出耦合電容CO。該電容通過內部的20KΩ的電阻進行放電。放電的時間常量也能依據CO的尺寸來適當的增大。為了減少在單端輸出模式下的瞬態電流，必須把一個阻值大約在1KΩ-5KΩ的外部電阻與內部該20KΩ的電阻并聯放置。使用這個電阻會導致靜態電流的增加，我們必須對此進行折衷。
無負載設計注意事項
如果LM4863的輸出端有一個高于10KΩ阻值的負載，LM4863可能在高電位輸出時會顯現一些振蕩。為了防止這振蕩的出現，我們必須在功率輸出和接地端之間連接一個5KΩ的電阻。
音頻功率放大器設計
設計一個1W/8Ω的橋式音頻放大器
給予以下參數：
輸出功率： 1Wrms
負載阻抗： 8Ω
輸入電平： 1Vrms
輸入阻抗： 20KΩ
帶寬：
推薦 100Hz-20kHz±0.25dB
設計者必須首先確定所需的電源范圍，以獲得規定的輸出功率。一種方法是從典型性能特性部分中的輸出功率-電源電壓曲線圖可以很容易推出電源范圍。確定所需電源范圍的第二種方式是用等式（3）計算所需的VOPEAK，并且要增加失調電壓。用這方法，最小電源電壓是(Vopeak+(2*Vod))，我們可以從典型性能特征部分的“失調電壓-電源電壓”曲線圖推出VOD。
Vopeak= (5)
從“輸出功率-電源電壓”曲線圖中可見負載為8Ω時最小工作電源電壓為3.9V。但在許多應用中，標準電源電壓為5V，非常接近所給的電源電壓。額外的電源電壓產生動態空間，允許CSC4863FN產生一個峰值超過1W而沒有斷碎的可聽失真信號。同時，設計者必須確保電源電壓和輸出阻抗不能超過在功耗部分。
一旦功耗因素滿足條件后，所需要的差分增益可以由公式（5）決定。
AVD≥ =Vorms/Vinrms (6)
Rf/Ri=AVD/2
從公式（5）得最小的AVD=2.83。此時，我們取AVD=3。
由于想要的輸入阻抗是20KΩ，AVD=3，以及RF和RI1.5：1的比率。由次可得RI 的值是20Ω、RF的值是30Ω。最后的設計是確定-3dB頻率帶寬規格。則要求低頻響應至少擴充了最低帶寬頻率限制點的1/5 或最高帶寬頻率限制點的5倍，當帶寬限制為0.17dB時，能滿足這兩個要求，這比所要求的 0.25dB要好。這就使得低頻和高頻極點分別為:
fL = 100Hz/5 = 20Hz
FH = 20kHzx5 = 100kHz
如在外部組件部分所描述的，RI和Ci 連接形成一個高通濾波器以截止低頻率信號。
Ci≥
≥1/(2π*20kΩ*20Hz) = 0.398μF
產品的高頻極值fH和差分增益AVD決定了高頻響應的頻率點。由AVD=3，fH =100kHZ可得閉環增益帶寬是150kHZ。該值比LM4863那FN3.5MHZ的閉環增益帶寬要小的多。LM4863仍能正常使用而不會產生帶寬問題。
推薦 PCB 板布局
下圖為推薦的20管腳LM4863的MTE封裝形式PCB應用電路板版面及聯接點布局圖，本電路板適用于5V電源電壓4Ω揚聲器負載的測試、應用電路。這個電路板使用起來很簡單，VDD和GND焊點分別連到5V的電壓和地，兩個4Ω的揚聲器負載分別連在電路板-OUTA和+OUTA焊點、-OUTB和+OUTB焊點之間。
.JPG)
.JPG)
詳細的產品資料親查閱：http://www.tuangou168.com/products_3551.htm |
