【应用】最大驱动功率可达到3W的功率放大器AD8107助力可穿戴设备设计，工作电压范围为2.0V~5.5V

时间： 2022-12-02 来源：英锐芯公众号

技术问答

可穿戴设备功率放大器选择经常会遇到以下烦恼：

1. 功率不够足

市场上面很多应用在可穿戴设备上面的功放芯片，他们的规格书上面标的是3W或5W，实际测量发现3W的功放也就1W左右，5W的有就也就2W左右。这些虚的信息给硬件工程师带来很大困扰。大大延长了项目开发周期。

2. 芯片封装太大

可穿戴设备内部空间小，而普通SOP8封装的功放芯片会比较大，会占用比较大的PCB面积，导致PCB在设计的时候很难再做小。

3. 芯片关机功耗不够低

可穿戴设备的内部空间小，所以只能用小容量的锂电池，如果功放的关机功耗大，就会大大减小穿戴设备的待机时间。

4. 芯片抗干扰不强，音质差

可穿戴设备里面的PCB板子比较小，抗干扰不强的功放芯片会受到高频信号干扰而产生杂音，导致音质差体验效果不佳。

遵循公司产品研发不忘初心，立足脚下，实事求是，解决客户痛点的理念，英锐芯设计出了AD8107，该芯片主要应用在智能穿戴设备、儿童辅助学习机上面。

AD8107是一款AB类，单声道带关断模式，桥式音频功率放大器。在输入1KHz，5V工作电压时，最大驱动功率为：3W（3Ω负载，THD<10%，2W（3Ω负载，THD<1%）；音频范围内总谐波失真噪音小于1%（20Hz-20KHz）; AD8107应用电路简单，只需要极少数外围器件，就能提供高品质的输出功率。AD8107输出不需要外接耦合电容或上举电容、缓冲网络、反馈电阻。

AD8107特点

AD8107功率高(3Ω负载，1KHz频率，THD+N<10%(3W),THD+N<1%(2W)

AD8107应用电路简单，只需3个电容2个电阻就可以完成应用电路设计。

AD8107封装小(DFN8L_2*2封装)，并且芯片还带过热保护。

AD8107工作电压范围广(2.0V-5.5V)，关机电流小于1μA。

AD8107抗干扰能力强，针对高频无线应用做了特别优化布局处理。

产品优势：

1. 功率足，失真度小

2. 抗干扰强

3. 供电电压范围广，关断电流小

4. 应用简单，外围元器件少

5. 封装小DFN8，带过热保护功能

产品应用领域：

1. 智能穿戴设备

2. 儿童智能学习机，学习笔

3. 平板电脑

4. 家用安防监控设备

AD8107内部原理框图

AD8107引脚定义图

AD8107引脚描述

芯片典型应用电路

应用电路元器件参数说明：

Ri ：与Rf一起设置闭环增益的输入电阻，同时还与Ci形成了高通滤波器，且fC＝1/(2πRiCi)。

Ci ：输入耦合电容，主要用于隔离运放输入端的直流电压，同时还与输入电阻Ri构成高通滤波器，fC＝1/(2πRiCi)。

Rf ：与Ri共同设置闭环增益的反馈电阻。

Cs ：提供电源滤波器的电源旁路电容

CB ：VDD /2 参考电压Bypass引脚的滤波电容。

AD8107芯片应用说明

1.桥式输出结构说明：

由内部原理框图可知，AD8107芯片内部有两对放大器组成，且其结构有稍微的差异。前级输入运放的增益可在芯片外部进行设置，而后级输出运放在芯片内部已经设置了反向的单位增益。芯片输入运放的闭环增益由Rf和Ri进行设置，而输出运放的增益则由芯片内部的两个电阻所固定。图1所示前级运放的输出作为下级运放的输入，导致两级运放的输出信号大小保持一致，仅相位相差180°。因此，芯片的增益应为：AVD=2*(Rf/Ri)。

当在输出端VO1和VO2之间接上不同的负载时，运放就建立了“桥式模式”。桥式模式工作方式与通常应用时负载一端接地的单端模式不同。桥式运放在设计上也与单端模式有所差异，例如在对负载提供驱动能力上，其输出幅度是输入电压的两倍。从而，在相同条件下与单端模式相比可提供四倍的输出功率。这就在不限制电流和发音清晰的情况下提高了输出功率。

应用与耳机音频功放中的桥式结构，同样优于单端运放。因为不同的输出信号VO1和VO2的中心电平为VDD/2，不存在与地之间的直流电压。还省掉了在单端单电源（单端输出）模式结构中需要的输出耦合电容。如果在单端输出运放中不加入输出耦合电容，其VDD/2电压就直接通过负载到将导致芯片内部功耗增大，同时还会损喇叭。较大输出耦合电容（如470μF）与负载 (8Ω）构成了一个高通滤波器来防止低频响应。这种结构不会对小于20Hz以下的信号产生响应，但是要在PCB板的尺寸和系统成本，低频响应之间进行折中考虑。

2.电源旁路

对于任何功放，恰当的电源旁路选择是低噪声性能和过高电源过滤至关重要的。Bypass和电源管脚电容的位置应尽量接近芯片。大的电源旁路电容的增加可以提升低频时的THD+N，这也应归咎于电容的增加提高了电源的稳定性。典型应用10μF和0.1μF的旁路电容于5V电源，来提高电源的稳定性，但不仅仅局限于AD8107的电源旁路。旁路电容尤其是C的选择，依赖于低频 THD+N，系统成本和尺寸的折中考虑。

3.关断功能

为了在不使用芯片时降低功耗，AD8107带有 SD 引脚来关断运放的偏置电路。当逻辑高电平加于SD 引脚上时，SD 就启动使运放关断，内部电源开关断开给运放供电，输入脚跟输出脚还有内部偏置输出脚都为0V,当电源电压作用于SD引脚上时，典型的关断静态电流为1μA。在多数应用中，外部输入信号一般通过一个微处理器的管脚控制，它可以提供一个快速平滑的转换。另外一个方法是通过单极点、单向开关和一个上拉电阻实现，当开关闭合后，信号SD脚接地，芯片可以正常工作,内部电源开关闭合给运放供电，运放进入待机模式。对于AD8107的SD脚内部没有上拉和下拉电阻，故SD引脚电压由外部设置，如果该引脚悬空，可能会导致该输入脚的逻辑电平处于不稳定状态，从而影响功放的正常工作。所以我们设计应用电路时不要把这个脚悬空。

4.功放偏置电容CB的选择

通过功放内部的原理框图我们可以知道，内部两个运放公用了一个1/2VDD 直流偏置电路，而这个CB电容的大小会直接影响功放瞬间上电或者SD脚从高电平切换到低电平的上电时间，正常这个电容越小这个CB电容越快充电到1/2VDD，内部运放也越快进入正常工作模式。但是这个电容不能太小，CB电容太小对于电源电压纹波比较的大时候，参考电压也跟着同步变动而参数噪音，从而影响音质。这个CB电容不能太大，太大CB电容充电直接会延长，导致内部运放进入正常工作的时间也加长了，如果我们把SD脚拉低，马上输入音频信号，那就会出现有部分音源播放不出来的情况。所以CB电容参数选择很重要。

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