1.1WD级音频功放TPA2005D1及其应用

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TPA2005D1是德州仪器(TI)公司生产的输出1.1W、单声道、免输出滤波器的D级音频功率放大器。主要特点:在THD+N=1%、f=1kHz、RL=8Ω时,V\(_{DD}\)=5V,P\(_{o}\)=1.18W;V\(_{DD}\)=3.6V,P\(_{o}\)=0.58W;V\(_{DD}\)=2.5V,P\(_{o}\)=0.26W;输出400mW时效率可达84%,输出100mW时效率79%;耗电典型值2.8mA;有关闭控制,此时耗电仅0.5μA;采用完全差动设计,与传统D级音频功率放大器相比较,免去了输入耦合电容器及输出滤波器,但输出电压噪声很小,典型值48μVRMS;外围元件仅3个(两个输入电阻及一个电源旁路电容);15焊球BGA封装(尺寸2.5mm×2.5mm×1mm);工作温度-40℃~+85℃。整个功放占印制板面积6mm(长)×2.5mm(宽),非常适合用于手机及PDA等便携式电子产品。


推荐的工作条件:
工作电压VDD为2.5V~5.5V(适合一节锂离子电池供电);关闭控制端 (SHUTDOWN————————)加大于2V电压,正常工作;加小于0.8V电压,器件关闭;增益≤20V/V(26dB);共模输入电压0.5V~V\(_{DD}\)-0.8V;工作温度-40℃~+85℃。


主要电特性:
输入失调电压在V\(_{I}\)=0V、A\(_{V}\)=2V/V、V\(_{DD}\)=2.5V~5.5V时最大值25mV(测量差动值);电源抑制比(PSRR)典型值-75dB;共模抑制比(CMRR)典型值-68dB;增益(A\(_{v}\))取决于输入电阻R\(_{I}\),典型值为300kΩ/RI。

在T\(_{A}\)=25℃、增益=2V/V、R\(_{L}\)=8Ω、f=1kHz,V\(_{DD}\)=3.6V、P\(_{o}\)=0.5W时,THD+N典型值0.19%;在VDD=2.5V、Po=200mW时,THD+N典型值为0.20%。


封装与焊球排列:
TPA2005D1的封装为15焊球BGA封装,各焊球排列如图1所示。各焊球符号及功能如下:D1(IN-)反相差动输入端;C1(IN+)同相差动输入端;B4、C4(V\(_{DD}\))电源正极;D4(VO+)BTL正输出;A4(VO-)BTL负输出;A2、A3、B3、C2、C3、D2、D3(GND)地;A1 (SHUTDOWN————————)关闭控制端(低电平有效);B1(NC)空脚。

图1
图1 🔍原图 (227×261)

应用电路:如图2所示。外围元件是两个输入电阻R\(_{I}\)及一个电源旁路电容C\(_{S}\)。R\(_{I}\)为差动放大器的输入电阻,它的阻值确定了放大器的增益A\(_{V}\),其关系式为:

A\(_{V}\)=300kΩ/R\(_{I}\)

图2
图2 🔍原图 (567×357)

这两个输入电阻要匹配,这对完全差动放大器十分重要。在基准电压上的输出平衡取决于这两个电阻的匹配的好坏。另外,如果这两个电阻失匹,CM-RR、PSRR及二次谐波失真对消就会减弱。建议采用精度1%或高于1%的电阻保证最佳的性能。

这两个电阻要尽可能接近器件以防止噪声进入。为取得最佳性能,增益应选择2V/V或更低。

旁路电容C\(_{S}\)对保证高效率及低THD至关重要,采用低等效串联电阻(ESR)的陶瓷电容1μF,并尽可能接近器件的V\(_{DD}\)端。要注意,输入共模电压必须在0.5V~V\(_{DD}\)-0.8V范围之内,否则要增加输入电容C\(_{I}\),如图3所示。

图3
图3 🔍原图 (425×262)

C\(_{I}\)与R\(_{I}\)组成高通滤波器,转折频率f\(_{C}\)与R\(_{I}\)、C\(_{I}\)的关系为:f\(_{C}\)=1/(2πR\(_{I}\)C\(_{I}\)),如果转折频率在音频频段,电容器C\(_{I}\)的允差必须在±10%之内或更小些。因为电容量的失匹将引起转折频率处阻抗失匹及降低。对于平坦的低频响应,输入电容C\(_{I}\)可取1μF。

图4是一种可输入差动信号及一个单端输入信号的电路。例如在手机中可输入铃声及话音信号(话音信号由差动输入,铃声由单端输入)。差动信号的增益取1,铃声信号的增益取2。这种电路有可能通过IN+耦合地线噪声,用差动输入要更好一些。单端输入必须由低阻抗源来驱动,即使此单端输入不用时也应如此。

图4
图4 🔍原图 (567×380)

按差动输入增益为1,则RI1=300kΩ;按单端输入增益为2,则R\(_{I2}\)=150kΩ。若单端输入的转折频率f\(_{C}\)取20Hz,则按公式可计算出C\(_{I2}\)值。

C\(_{I2}\)=1/(2π150kΩ×20Hz)

C\(_{I2}\)=53pF,可取68pF。

(戴维德)


编者注:
有关TPA2005D1更详细的原厂资料可上网查询:www-s.ti.com/sc/ds/tpa2005d1.pdf。