PDA、MP3播放器、蜂窝电话等便携式音频装置的设计通常受电源噪声、空间有限、与数字电路共用电源/接地等诸多因素的影响，最终用户在要求提高音频性能的同时还要求延长电池的工作寿命，这些需求往往相互冲突，延长电池的工作时间需要随时关断那些不工作的电路，这将产生一些明显的音频干扰。因此便携式产品音频电路的设计需满足尺寸小、性能高、噪声低、能够与ASIC、处理器和DC-DC转换器协同工作等要求。开关型音频放大器(D类)具有较高的效率，但是，由于D类放大器实际上是把音频信号变成了非线性脉冲，所产生的失真是显而易见的，需要输出滤波器从放大器输出恢复音频信号，同时，滤波器也增加了成本，增大了放大器的尺寸。Maxim新推出的D类音频功率放大器(MAX9700/MAX9712)对开关模式放大技术作了一些重要改进，利用独特的调制结构省去了输出滤波器，可为便携式产品提供一种更小、更便宜、效率更高的方案。
低EMI调制结构
MAX9700/MAX9712利用独特的调制结构以D类效率提供AB类放大器的性能，占用很小电路板空间。MAX9712可为8W负载提供500mW的功率，MAX9700能够为8W负载提供高达1.2W的功率。放大器内部有两路比较器对其输入进行监视，并将互补输入电压与锯齿波进行比较。当锯齿波输入幅度超出相应的比较器输入电压时，比较器输出翻转。当输入电压增大或减小时，第一个跳变的比较器输出脉冲的持续时间增加，而另一个比较器跳变后输出脉冲的持续时间为tON。对于一定的输入信号电平，比较器输出是一个脉宽调制的方波信号，周期由锯齿波振荡器的频率决定，PWM信号控制H桥驱动器，打开或者关闭状态相反的一对MOSFET，使得扬声器两端的净电压(VOUT+ - VOUT-)随输入信号发生变化，有效采集音频输入。放大器的动态范围由噪声幅度和锯齿波信号幅度决定。
工作模式
MAX9700/MAX9712具有两种工作模式：固定频率调制(FFM)模式和扩频调制(SSM)模式。FFM模式下可通过SYNC引脚选择频率，SYNC=GND时开关频率为1.1MHz、SYNC = FLOAT时开关频率为1.45MHz。另外，在SYNC引脚上施加800kHz~2MHz的外部TTL时钟，可以使放大器与系统时钟同步(提供完全同步的系统)或将开关谐波的频谱成分分配到不敏感的频段。SYNC = VDD时放大器工作在SSM模式，在SSM模式下，开关频率在中心频率(1.22MHz)附近随机变化?20kHz。调制方案不变，但锯齿波的频率随周期改变，此时能量分散到随频率增长的整个频宽上，而不是将大量频谱能量集中在开关频率的倍频处。在高于几MHz的频带上，EMI等效于宽带频谱的白噪声，与传统方案相比，扩频模式使辐射指标改善5dB。
无滤波调制
MAX9700/MAX9712采用特有的调制方案，可以省去传统D类放大器所需的LC滤波器，既提高了效率、减少了元件数，又节省了电路板空间和系统成本。当MAX9700/MAX9712输入端没有信号时，输出开关波形如图1所示。由于放大器采用差分方式驱动扬声器，两路输出互相抵消，于是扬声器两端空闲模式下的净电压为0，降低了功耗。另外，因为MAX9712的输出频率远远超出了大多数扬声器的带宽，由开关频率引起的音频线圈的偏移非常小，利用扬声器线圈自身的电感和扬声器与人耳的天然滤波作用即可从方波输出中恢复音频成分。为获得最佳效果，也可以用一个大于10mH的电感与扬声器串联。
效率问题
D类放大器的效率由输出级晶体管的工作时间决定。在D类放大器中，输出晶体管如同一个电流调整开关，所消耗的额外功率可以忽略不计，任何与D类输出级有关的功率损耗主要是由MOSFET导通电阻与消耗静态电流产生的I×R损耗。D类放大器在加上负载后其输出失调电压不会明显增大静态电流，这是D类放大器功率转换的结果。例如，在AB类器件中，8mV的直流失调电压通过8W负载会额外消耗1mA的电流。而对D类器件来说，8mV的直流失调电压通过8W负载时仅额外消耗8mW的功率。线性放大器理论上的最佳效率为78%，不过该效率仅出现在输出功率的峰值处。标准工作电平(典型的音乐再生电平)下，效率会下降到30%以下，然而，在相同条件下，MAX9700则可保持80%以上的效率(见图2)。
为了进一步节省功率，MAX9700/MAX9712还提供了关断模式，关断模式下电流损耗仅0.1mA，可有效降低功耗、延长电池寿命。此外，放大器内部提供完备的噪声抑制功能，可以在启动与关断时消除瞬态噪声。关断时，H桥为高阻态；启动或上电时，输入放大器为静音状态，内部回路将调制器偏置电压设置到正确的电平，避免在随后启动H桥时产生咔嗒声和噼噗声。启动35ms后，软启动电路解除输入放大器的静音状态。
应用
典型应用电路
MAX9700/MAX9712采用差分输入结构，兼容于许多编解码器(CODEC)，并提供比单端输入放大器更佳的噪声抑制能力。在蜂窝电话等装置中，来自射频发送器的高频信号会通过放大器输入端的引线注入。该信号以共模噪声的形式出现在放大器的输入端，差分输入放大器对两个输入端的差模信号进行放大，作用在输入端的任何共模信号都将被抵消掉。当然，这些放大器也可以配置为单端输入结构，只要通过电容将任一输入端耦合至GND，并驱动另一输入端即可，为了获得较高的噪声抑制能力，设计中需保持两个差分输入端源阻抗的对称性。
MAX9700/MAX9712是单声道功率放大器，可以利用两片IC配置为立体声放大器，利用一片MAX9700作主放大器，主放大器输出驱动另一片从器件的SYNC输入，使两片IC的开关频率同步，确保在音频频谱范围内不会出现差拍频率。无论主器件工作在FFM还是SSM模式下，这种配置都能工作。SYNC的连接方式可以获得很好的THD+N性能，并且器件之间的串扰也非常小。
图3给出了利用Maxim音频产品构成的一个整体方案。图中，MAX4063麦克风前置放大器可放大来自麦克风的差分或单端输出信号，其互补输出能够直接驱动差分输入的CODEC。比较器MAX961用于检测是否插入耳机插孔，当插入耳机时，MAX961控制MAX9700关断、启动MAX9722立体声耳机放大器，驱动耳机输出。图中，MAX9700为单声道放大器，需要时可将其配置为立体声结构。
元件选择
输入电容CIN与MAX9700/MAX9712的输入阻抗一起构成了高通滤波器，可以消除输入信号中的直流偏置。交流耦合电容允许放大器为信号提供最佳的直流偏置电平。假定信号源阻抗为0，高通滤波器的-3dB点为：
根据上式选择合适的CIN，使f-3dB低于感兴趣的最低频率。注意：如果f-3dB设置过高，会影响放大器的低频响应。选用电介质为低电压系数的电容，如钽或铝电解电容。陶瓷电容等高电压系数的电容可能会导致低频失真加剧。设计输入滤波器时还需要考虑整个系统的限制和实际使用的频段。高保真音响需要在20Hz~20kHz间具有平坦增益响应，但是，蜂窝电话、双向无线装置等便携式音频产品只需关心讲话声音的频率范围(典型值为300Hz~3.5kHz)。另外，这些便携式装置中使用的扬声器对低于150Hz的频率响应通常很差。考虑到上述两个因素，输入滤波器不一定针对20Hz~20kHz的频响进行设计，可以使用更小的电容，以便节省电路板空间与成本。
MAX9700/MAX9712不需要输出滤波器。该器件在100mm非屏蔽扬声器电缆应用中能够满足FCC辐射标准的要求。当然，当设计中存在电路板布局或电缆长度引起的辐射或是电路靠近EMI敏感器件时，可以使用输出滤波。需要考虑抑制辐射或使用较长的引线连接放大器与扬声器时，可以采用LC滤波器。
电源旁路/布线
适当的电源旁路可以确保低失真工作，为得到最佳性能，分别用一个0.1mF电容将VDD旁路到GND、PVDD旁路到PGND，旁路电容应尽可能靠近引脚安装。假定PVDD连接到一个低阻、大电流电源。根据具体应用的需求和电源特性，可能需要添加额外的大电容。GND和PGND应采用星形方式与系统地连接。电路布局参见MAX9712评估板。
结语
开关型音频放大器通常不适合高保真的音响系统，但新型D类音频放大器很适合采用电池供电的便携式设备，如手机、PDA、MP3播放器、便携式CD/DVD播放器等。为了保证合理的信噪比，这些放大器采用了独特的调制结构，可有效抑制系统噪声，提供较低的EMI辐射。
