TPA6211A1单声道全差分APA单片IC,采用节省空间的8引脚3mm x3mm QFN (DRB)和MSOP( DGN)封装,该器件在印刷电路板上,仅占20rlm2的总面积。
TPA6211A1利用2.5~5.5V的单电源工作,直接采用电池供电。5V电源时仅消耗4mA电流。IC在VDD=5V和THD=10%下,能输出3.1W的功率进入3Ω负载。器件启动时间仅4us,具有非常小的卡搭声。在关闭脚(①脚)为逻辑低电平(≤0.5V)时,器件进入关闭模式。关闭状态下电源电流仅0.01 μA。TPA6211A1的这些特性,尤其适合于在移动电话、个人数字助理( PDA)和笔记本电脑等便携式设备中应用。
全差分音频功率放大器TPA6211A1由一个差分放大器和一个共模放大器组成,下图为其内部结构及典型应用电路。差分放大器保证输出一个为差分输入信号增益倍的差分电压,共模反馈不论在输入上的共模电压如何,保证在输出上的共模电压被偏置在VDD/2。
TPA6211A1全差分APA具有以下优点:
(1)可以不用输入耦合电容器( CIN)TPA6211A1全差分大器的共模抑制比CMRR达-63dB,允许输入偏置在IC电源电压一半(VDD/2)以外的电压上。例如,若前端数—模转换器( DAC) 的半电源电压低于TPA6211A1的半电源电压,通过共模反馈电路调节,TPA6211A1输出仍然用VDD/2偏置。TPA6211A1输入偏置范围从0.5V到VDD-0.8V,在这个范围内不需要输入耦合电容( CIN)。如果输入偏置在这个范围之外,才需使用CIN(数值为0.22u F)。
(2)可以不用VDD/2旁路电容器( ca)lC的BYPASS脚(②脚)内部偏置电压是VDD/2,该脚外部与地之间可以不使用旁路电容CB。原因是在半电源电压VDD/2上的任何偏移,在正、负两个通道上的影响相等,并且在差分输出上相抵消。当不用旁路电容CB时,对电源抵制比( PSRR)多少会产生一些影响。但IC达-85dB的PSRR,对其轻微影响是可以接受的。若期望PSRR不受任何影响,可以在IC的BYPASS脚上外接一只0.22u F的旁路电容器。
由于可以省略输入耦合电容和半电源电压( VDD/2)旁路电容,故TPA6211A1外部仅需3个元件,即2支输入电阻RIN和一只电源(VDD)旁路电容Cs。
(3)优良的射频(RF)抗扰性全差分设计减少了RF检波,消约RF信号能力优于传统典型音频放大器。GSM手机通过在217Hz的速率上接通和关闭RF发射器来节电,发射的信号在输入和输出上拾取和跟踪。全差分放大器的信号抵消能力和抗扰性是很强的。
(4) BTL输出无需输出耦合电容,在同样的电源电压下输出功率是SE输出的4倍
单端( SE)输出电路如下图所示。
为堵塞DC成份进入扬声器(RL),需要一只33~1000u F的大容量输出耦合电容器。SE输出音频电压峰一峰值
下图是差分(即BTL)输出电路。
由于BTL输出能有效消除DC失调,故可以省略输出耦合电容器。TPA6211A1差动输出信号驱动负载,负载一端信号摆幅向上,另一端则向下摆幅。与SE输出以地作参考的负载比较,进入负载的信号增加一倍,即2xVo(PP)。于是,输出功率为:
将(2)式与(1)式比较,不难发现,在相同电源电压和负载下,BTL输出功率是SE输出功率的4倍。
关于差分输出( BTL)放大器的功率Tl,实际上等于负载上功率PL与从电源汲取的功率Ps之比值.即η=( PI/Ps) xl00%。当电源电压为VDD、负载上峰值电压为VP时,T1可用下面公式计算:
在VDD=5V、RL=3Ω和85℃的最大环境温度下,不同功率下的效率计算结果如附表所列。
从附表可知,在较低的负载功率下,功率是较低的。若VDD不变,负载电阻RL增加,效率可明显提高。例如,当RL=8Ω时,在1.7W输出功率下,效率可达81.9%。
BTL放大器消耗的最大功率可用公式(4)计算: