XPT XPT4068 User Guide

Download

Page 1

XXPPTT4400668

用用户户手手册

册

XXPPTT4400668

用用户户手手册

册

2011 年 12月

网址：www.xptek.cn ; www.xptek.com.cn 地址：深圳市南山区科苑南路高新工业村 R3-楼销售：[email protected] 技术支持：[email protected] 设计服务：[email protected]

Page 2

XXPPTT4400668

用用户户手手册

册

芯片型号

封装类型

包装类型

最小包装数量

备注

XPT4068DF

DFN16

编带

3000/盘

带散热片

XPT4068SO

SOP16

管装

50/管

1 芯片功能说明

1.1 概述

 XPT4068是一款双声道桥式音频功率

放大器芯片，可采用 2.5V～5.5V 直流电源供电；能为 4Ω 负载提供 3W 的功率。此外，当接立体耳机时，芯片可以单终端工作模式驱动立体耳机。

 XPT4068具有外部控制的低功耗关断

功能，采用独特的技术减小噪声（开机时的滴答声与爆裂声）和失真度。

1.2 芯片主要功能特性

 V

 掉电模式漏电流小，小于 1µA  封装小，节约电路面积：QFN3×3-

 上电、掉电噪声抑制  工作电压范围：2.5V—5.5V  具有休眠控制功能  立体耳机功放模式；

＝5V，4Ω 负载时，输出功率为

16L，SOP16

1.3 芯片应用场合

 移动电话（手机等）  个人移动终端

（PDA/MP3/MP4/PMP 等）

 台式音频设备

1.4 XPT4068 典型应用电路

 实物图：

XPT4068 芯片订购信息

网址：www.xptek.cn ; www.xptek.com.cn 地址：深圳市南山区科苑南路高新工业村 R3-楼销售：[email protected] 技术支持：[email protected] 设计服务：[email protected]

Page 3

XXPPTT4400668

用用户户手手册

册

符号

管脚号

描述

QFN（3X3）

SOP-16

+OUTA

左声道输出端,正相

VDD

2,11

9,16

电源

-OUTA

左声道输出端,反相

INA

左声道输入端

GND

5,6,7,13,16

3,4,5,11,14

地

BYPASS

内部共模电压输出

INB

右声道输入端

-OUTB

右声道输出端,反相

+OUTB

右声道输出端,同相

掉电控制管脚，低电平芯片关断，高电平正常工作

HP_IN

耳机输出控制开关

1.5 芯片的封装和引脚

1.5.1 XPT4068的封装

1.5.2 XPT4068管脚描述

图 1.XPT4068 的封装管脚

表1 XPT4068 管脚描述

网址：www.xptek.cn ; www.xptek.com.cn 地址：深圳市南山区科苑南路高新工业村 R3-楼销售：[email protected] 技术支持：[email protected] 设计服务：[email protected]

Page 4

XXPPTT4400668

用用户户手手册

册

参数

最小

值

最大值

单位

说明

电源电压

6 V

储存温度

-65

150 oC

输入电压

-0.3 V

功耗

内部限制

耐 ESD电压

2000 V

HBM

节温

150

典型值 150

推荐工作温度

-40

85 oC

推荐工作电压

2.5

5.5

热阻

34 oC/W

焊接温度

215 oC

60 秒内

参数

最小值

典型值

最大值

单位

说明

电源电压为 5V

VIH

1.5

V VIL

1.3

电源电压为 3V

VIH

1.3

V VIL

1.0

符号

参数

测试条件

最小值

标准值

最大值

单位

IDD

电源静态电流

VIN＝0V，IO=0A,无负载

5 7

电源静态电流

VIN＝0V，IO=0A,负载 8

6 8

OFF

芯片掉电漏电流

0.1 1 µA

VOS

输出失调电压

3.7

输出功率

(RL=4

THD+N=10%,f=1KHz

芯片唤醒时间

100 mS

THD+N

总谐波＋失真噪声

PO=0.5W

rms;

f=1KHz

0.5

0.7

PSRR

电源电压抑制比

Vripple＝200mVPP，正弦波，输入接 10电阻

63 (f = 217Hz) 67 (f = 1kHz)

Crosstalk

通道分离度

CB=1µF,f=1KHz

70 dB

2 芯片特性说明

2.1 芯片最大极限值

2.2 芯片数字逻辑特性

表2 芯片最大物理极限值

2.3 芯片性能指标特性

表4 芯片性能指标 1（VDD＝5.0V，TA＝25oC）

表3 关断信号数字逻辑特性

网址：www.xptek.cn ; www.xptek.com.cn 地址：深圳市南山区科苑南路高新工业村 R3-楼销售：[email protected] 技术支持：[email protected] 设计服务：[email protected]

Page 5

XXPPTT4400668

用用户户手手册

册

符号

参数

测试条件

最小值

典型值

最大值

单位

IDD

电源静态电流

VIN＝0V，IO=0A,无负载

4.5 6 mA

电源静态电流

VIN＝0V，IO=0A,负载 8

5 7

OFF

芯片掉电漏电流

0.1 1 µA

VOS

输出失调电压

输出功率

(RL=4

THD+N=10%,f=1KHz

2.2 W

芯片唤醒时间

75 mS

THD+N

总谐波失真＋噪声

PO=0.3W

rms;

f=1KHz

0.4

0.7

PSRR

电源电压抑制比

ripple

＝200mV

P-

，正弦波，输入接

10电阻

63 (f = 217Hz) 68 (f = 1kHz)

Crosstalk

通道分离度

CB=1µF,f=1KHz

70 dB

THD vs Frequency

T=25℃,VDD=5V,RL=8Ω ,and Po=600mW

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

100 10,000

FREQUENCY(Hz)

THD(%)

THD vs Frequency

T=25℃,VDD=3.3V,RL=8Ω ,and Po=360mW

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

100 10,000

FREQUENCY(Hz)

THD(%)

THD+N vs Frequency

T=25℃,VDD=5V,RL=8Ω ,and Po=600mW

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

100 10,000

FREQUENCY(Hz)

THD+N(%)

THD+N vs Frequency

T=25℃,VDD=3.3V,RL=8Ω ,and Po=360mW

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

100 10,000

FREQUENCY(Hz)

THD+N(%)

表5 芯片性能指标 2（VDD＝3.6V，TA＝25oC）

2.4 XPT4068 的典型参考特性

2.4.1 总谐波失真（THD），失真＋噪声（THD+N），信噪比（S/N）

网址：www.xptek.cn ; www.xptek.com.cn 地址：深圳市南山区科苑南路高新工业村 R3-楼销售：[email protected] 技术支持：[email protected] 设计服务：[email protected]

Page 6

XXPPTT4400668

用用户户手手册

册

S/N vs Frequency

T=25℃,VDD=5V,RL=8Ω ,and Po=600mW

100 10,000

FREQUENCY(Hz)

S/N(dB)

S/N vs Frequency

T=25℃,VDD=3.3V,RL=8Ω ,and Po=360mW

100 10,000

FREQUENCY(Hz)

S/N(dB)

PSRR vs Frequency

VDD=5V,RL=8Ω ,Input 10Ω terminated

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10 0

10 1,000 100,000

FREQUENCY(Hz)

PSRR(dB)

PSRR vs Frequency

VDD=5V,RL=8Ω ,Input Floating

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10 0

10 1,000 100,000

FREQUENCY(Hz)

PSRR(dB)

PSRR vs Frequency

VDD=3.3V,RL=8Ω ,Input 10Ω terminated

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10 0

10 1,000 100,000

FREQUENCY(Hz)

PSRR(dB)

PSRR vs Frequency

VDD=3.3V,RL=8Ω ,Input Floating

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10 0

10 1,000 100,000

FREQUENCY(Hz)

PSRR(dB)

2.4.2 电源电压抑制比（PSRR）

网址：www.xptek.cn ; www.xptek.com.cn 地址：深圳市南山区科苑南路高新工业村 R3-楼销售：[email protected] 技术支持：[email protected] 设计服务：[email protected]

Page 7

XXPPTT4400668

用用户户手手册

册

Shutdown Hysteresis Voltage

VDD=5V

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

SHUTDOWN VILTAGE(V)

SUPPLY CURRENT(mA)

SD OFF(Play) SD ON

Shutdown Hysteresis Voltage

VDD=3.3V

0.0 1.0 2.0 3.0

SHUTDOWN VILTAGE(V)

SUPPLY CURRENT(mA)

SD OFF(Play) SD ON

Shutdown Hysteresis Voltage

VDD=2.5V

0.0 1.0 2.0 3.0

SHUTDOWN VILTAGE(V)

SUPPLY CURRENT(mA)

SD OFF(Play) SD ON

THD+N vs OutputPower VDD=5V,RL＝8Ω ,and

f=1KHz

0.01

0.10

1.00

10.00

0.01 1

OUTPUT POWER(W)

THD+N(%)

THD+N vs OutputPower VDD=3.3V,RL＝8Ω ,and

f=1KHz

0.01

0.1

0.01 0.1 1

OUTPUT POWER(W)

THD+N(%)

2.4.3 关断滞回（Shut Down Hysteresis）

2.4.4 输出功率(Output Power)

网址：www.xptek.cn ; www.xptek.com.cn 地址：深圳市南山区科苑南路高新工业村 R3-楼销售：[email protected] 技术支持：[email protected] 设计服务：[email protected]

Page 8

XXPPTT4400668

用用户户手手册

册

3 XPT4068 应用说明

XPT4068内部两个通道分别集成两个运算放大器，每通道第一个放大器的增益可以调

整反馈电阻来设置，后一个为电压反相跟随，从而形成增益可以配置的差分输出的放大驱动电路

。

3.1 外部电阻配置

如应用图示 1，运算放大器的增益由外部电阻 Rf、Ri决定，其增益为 Av=2×Rf/R

，芯

片通过-OUT(A,B)、+OUT(A,B)输出至负载，桥式接法。

桥式接法比单端输出有几个优点：其一是，省却外部隔直滤波电容。单端输出时，如不接隔直电容，则在输出端有一直流电压，导致上电后有直流电流输出，这样即浪费了功耗，也容易损坏音响。其二是，双端输出，实际上是推挽输出，在同样输出电压情况下，驱动功率增加为单端的 4 倍，功率输出大。

3.2 芯片功耗

功耗对于放大器来讲是一个关键指标之一，差分输出的放大器的最大自功耗为：

＝4×（V

DMAX

必须注意，自功耗是输出功率的函数。

在进行电路设计时，不能够使得芯片内部的节温高于 T 阻JA来设计，可以通过自己散热铜铂来增加散热性能。

如果芯片仍然达不到要求，则需要增大负载电阻、降低电源电压或降低环境温度来解决。

）

/（2×∏2×RL）

（150oC），根据芯片的热

JMAX

3.3 电源旁路

在放大器的应用中，电源的旁路设计很重要，特别是对应用方案的噪声性能及电源电压抑制性能。设计中要求旁路电容尽量靠近芯片、电源脚。典型的电容为 10uF 的电解电容并上 0.1uF 的陶瓷电容。

在 XPT4068 应用电路中，另一电容 CB（接 BYP管脚）也是非常关键，影响 PSRR、开关/切换噪声性能。一般选择 0.1uF～1uF的钽电容。

3.4 掉电模式

为了节电，在不使用放大器时，可以关闭放大器，XPT4068 有掉电控制管脚，可以控制放大器是否工作。

该控制管脚的电平必须要接满足接口要求的控制信号，否则芯片可能进入不定状态，而不能够进入掉电模式，其自功耗没有降低，达不到节电目的。

3.5 外围元件的选择

正确选择外围元器件才能够确保芯片的性能，尽管 XPT4068 能够有很大的余量保证性能，但为了确保整个性能，也要求正确选择外围元器件。

XPT4068在单位增益稳定，因此使用的范围广。通常应用单位增益放大来降低 THD＋ N，是信噪比最大化。但这要求输入的电压最大化，通常的 CODEC 能够有 1V

的电压输

rms

出。

另外，闭环带宽必须保证，输入耦合电容 Ci（形成一阶高通）决定了低频响应，

3.6 选择输入耦合电容

过大的输入电容，增加成本、增加面积，这对于成本、面积紧张的应用来讲，非常不利。显然，确定使用多大的电容来完成耦合很重要。实际上，在很多应用中，扬声器

（Speaker）不能够再现低于 100Hz－150Hz 的低频语音，因此采用大的电容并不能够改善系

统的性能。

网址：www.xptek.cn ; www.xptek.com.cn 地址：深圳市南山区科苑南路高新工业村 R3-楼销售：[email protected] 技术支持：[email protected] 设计服务：[email protected]

Page 9

XXPPTT4400668

用用户户手手册

册

1kΩ1kΩ

Co 100uf

HP CONTROL

100kΩ

/SD 1

-OUT A 5

-OUT B 12

VDD

图2 立体耳机工作电路示意图

除了考虑系统的性能，开关/切换噪声的抑制性能受电容的影响，如果耦合电容大，则反馈网络的延迟大，导致 pop 噪声出现，因此，小的耦合电容可以减少该噪声。

另外，必须考虑 CB电容的大小，选择 CB=1uF，Ci＝0.1uF～0.39uF，可以满足系统的性能。

3.7 设计参考实例

3.7.1 设计规格

 输出功率 3W

 负载阻抗 4 欧姆

 输入电平 1V

 输入电阻 20K

 带宽 100Hz～20KHz+/-0.25dB

3.7.2 首先确定最小工作电压

根据 XPT4068 的输出功率与电源电压的关系图，可以确定电源电压应选择 5.0V。电源电压的裕量可以保证输出 1W 的功率而不失真。

选择电压后，然后考虑功耗的问题。

3.7.3 确定电压增益

要求 AVD大于 SQRT(PO×RL）/VIN，即 V 可以计算得出 AVD最小为 2.83，选择 AVD＝3，可以计算得到 Ri＝20K，Rf＝30K。

rms

orms/Vinrms

，而 Rf/Ri=AVD/2，在该设计中，

3.7.4 最后根据带宽要求来确定输入电容

输入低频的－3dB带宽为 100Hz，1/5 低频点低于－3dB 约 0.17dB及 5 倍高频点），在规格要求以内，取 fL＝20Hz，fH=100KHz，

因此可得 Ci约 0.39uF。

高频点 fH由放大器的 GBW 决定，至少要求 GBW 大于 AVD×fH＝300KHz，远小于 XPT4068的 3.5MHz。

3.7.5 HP-IN功能

给 HP-IN 加上一个 4V～VDD 的电压可关断运算放大模块 A2 和 A4，使桥式连接的负载失效。当此 IC 处于单终端工作模式时静态电流也会随之减小。

图 2为耳机控制功能工作示意图，当没有耳机插头接入插孔时，R1-R2 分压电阻使提供到 HP-IN管脚（16脚）的电压近似为 50mV，驱动 A3 和 A4 处于工作状态，使 XPT4068 工作于桥式模式。输出耦合电容隔离半供给直流电压，起到保护耳机的作用。

网址：www.xptek.cn ; www.xptek.com.cn 地址：深圳市南山区科苑南路高新工业村 R3-楼销售：[email protected] 技术支持：[email protected] 设计服务：[email protected]

Page 10

XXPPTT4400668

用用户户手手册

册

输入 HP-IN 管脚的电压为 4V。当 XPT4068工作于桥式模式时，实质上负载两端的电压为 0V。因此甚至为理想状态下，难以引发放大器处于单终端输出的工作模式。耳机接入耳机插孔使得耳机插孔与-OUTA分离并使 R1上接 HP 管脚的电压至 VDD。这样耳机关断功能把 A2 和 A4给关断且桥式连接的扬声器就不工作了，放大器便驱动输出耦合阻抗为 R2 和 R3 的耳机，当耳机阻抗为典型值 32Ω 时，输出耦合阻抗 R2、R3 对 XPT4068输出驱动能力的影响可忽略不计。

图 2也是耳机插孔的内部连接关系示意图，插孔为一组三线插头的设计，尖端和环分别为立体双声道的一个信号输出，然而最外端的环为地。当连接耳机时有一个控制端连接的耳机插孔足以驱动 HP-IN 管脚。一个微处理器或开关可以代替耳机插孔中连接控制端的功能，微处理器或开关向 HP-IN 提供 4V～VDD的电压，这样连接扬声器的桥式模式便停止工作且 A1和 A2 分别驱动耳机的左、右声道。

3.8 其它注意事项

XPT4068单位增益稳定，但如果增益超过 10倍（20dB）时，额外的反馈电容 C 并联在电阻 Rf上，避免高频的振荡现象。但必须要求与 Rf组成的极点频率高于 f 例中为 300KHz），如本例中选择 Cf为 25pF 时，转折频率为 320KHz。可以满足要求。

（在实

需要

3.9 设计的电路图：

XPT4068 参考设计电路

网址：www.xptek.cn ; www.xptek.com.cn 地址：深圳市南山区科苑南路高新工业村 R3-楼销售：[email protected] 技术支持：[email protected] 设计服务：[email protected]

Page 11

XXPPTT4400668

用用户户手手册

册

4 芯片的封装

QFN3×3-16L封装尺寸图

网址：www.xptek.cn ; www.xptek.com.cn 地址：深圳市南山区科苑南路高新工业村 R3-楼销售：[email protected] 技术支持：[email protected] 设计服务：[email protected]