NS4150 3W 单声道 D 类音频功放

1
功能说明
NS4150 是一款**低 EMI、*滤波器3W单声道D 类音频功率放大器。NS4150 采用先进的技术，在全带宽范围内较大地降低了 EMI 干扰，较大限度地减少对其他部件的影响。
NS4150内置过流保护、过热保护及欠压保护功能，有效地保护芯片在异常工作状况下不被损坏。并且利用扩频技术充分优化全新电路设计，高达 90%的效率更加适合于便携式音频产品。
NS4150 *滤波器的 PWM 调制结构及增益内置方式减少了外部元件、PCB面积和系统成本。
NS4150提供 MSOP8和SOP8封装，额定的工作温度范围为-40℃至85℃。
2
主要特性
?
优异的全带宽 EMI抑制能力
?
优异的“上电，掉电”噪声抑制
?
3W输出功率（5V电源、4Ω 负载）
?
0.1%THD（0.5W输出功率、3.6V电源）
?
*滤波器Class-D 结构
?
高达 90%的效率
?
高 PSRR：-80dB（217Hz）
?
低静态电流：3mA（3.6V电源、No load）
?
工作电压范围：3.0V～5.25V
?
过流保护、过热保护、欠压保护
?
MSOP8和SOP8封装
3
应用领域
?
MP3/PMP
?
Mini音箱
?
数码相框
4
典型应用电路
图1
NS4150 典型应用图
Nsiway 5
NS4150
**低 EMI、*滤波器、3W 单声道 D 类音频功放
5
极限参数
表
1 芯片较大物理极限值
参数
较小值
较大值
单位
电源电压VDD
-0.3
6.0
V
INP，INN，CTRL引脚电压
-0.3
VDD+0.3
V
较大结温
150
℃
存储温度范围
-65
150
℃
引脚温度 （焊接 10 秒）
260
℃
封装热阻?JA（MSOP8）
190
℃/W
封装热阻?JA（SOP8）
150
℃/W
工作温度范围
-40
85
℃
ESD 防护电压
+/-4000
V
+IT
150
mA
Latch-up
-IT
-150
mA
注1：在极限值之外或任何其他条件下，芯片的工作性能不予保证。
6
电气特性
限定条件：：TA=25℃（除非特别说明）
表
2 NS4150电气特性表
符号
参数
测试条件
较小值
标准值
较大值
单位
电学特性
|VOS|
输出失调电压
VIN=0V，
VDD =3.0V to 5.25V
5
20
mV
IQ
静态电流
VDD =3.6V, No load
3.0
mA
ISD
关断电流
VDD =3.6V，CTRL=0V
0.1
10
μA
217Hz
-80
dB
PSRR
电源抑制比
20KHz
-72
dB
CMRR
共模抑制比
-70
dB
fSW
调制频率
VDD =3.0V to 5.25V
400
kHz
工作特性
THD=10%，f=1kHz，RL =4Ω， VDD =5V
2.8
W
THD=1%，f=1kHz，
RL =4Ω，VDD =5V
2.0
W
THD=10%，f=1kHz，RL =8Ω， VDD =5V
1.7
W
PO
输出功率
THD=1%，f=1kHz，
RL =8Ω，VDD =5V
1.3
W
VDD =3.6V，Po=0.1W，RL =8Ω，f=1kHz
0.15
%
THD
失真度
VDD =3.6V，Po=0.5W，RL=4Ω，f=1kHz
0.1
%
Nsiway 6
NS4150
**低 EMI、*滤波器、3W 单声道 D 类音频功放
η
效率
Po=0.6W，RL =8Ω，VDD =3.6V ，f=1kHz
90
%
VIH
CTRL输入
高电平
1.2
VDD
V
VIL
CTRL输入
低电平
0
0.2
V
tST
启动时间
30
ms
tWK
唤醒时间
35
ms
tSD
关断时间
80
ms
7
芯片管脚描述
7.1
MSOP8和SOP8管脚分配图
图2
MSOP8和SOP8管脚分配图(top view)
7.2
管脚功能描述
表
3 NS4150管脚描述
管脚号
符号
功能描述
1
CTRL
工作模式控制
2
Bypass
内部共模电压旁路电容
3
INP
正相音频输入
4
INN
反相音频输入
5
VoN
反相音频输出
6
VCC
电源输入
7
GND
地
8
VoP
正相音频输出
Nsiway 7
NS4150
**低 EMI、*滤波器、3W 单声道 D 类音频功放
7.3
芯片印章说明
图3
印章说明
NS：代表公司商标
4150：代表产品型号4150
YYWW：代表封装年周号
8
NS4150典型参考特性
EFFICIENCY vs OUTPUT POWER(4Ω)010203040506070809010000.40.81.21.62Output Power(W)Efficiency(%)VDD=3.6VVDD=4.2V EFFICIENCY vs OUTPUT POWER(8Ω)010203040506070809010000.20.40.60.811.2Output Power(W)Efficiency(%)VDD=3.6VVDD=4.2V
POWER DISSIPATION vs OUTPUT POWER(4Ω)00.030.060.090.120.150.180.210.2400.40.81.21.62Output Power(W)Power Dissipation(W)VDD=3.6VVDD=4.2V POWER DISSIPATION vs OUTPUT POWER(8Ω)00.020.040.060.080.10.1200.20.40.60.811.2Output Power(W)Power Dissipation(W)VDD=3.6VVDD=4.2V
Nsiway 8
NS4150
**低 EMI、*滤波器、3W 单声道 D 类音频功放
SUPPLY CURRENT vs OUTPUT POWER(4Ω)00.10.20.30.40.50.600.40.81.21.62Output Power(W)Supply Current(A)VDD=3.6VVDD=4.2V SUPPLY CURRENT vs OUTPUT POWER(8Ω)00.050.10.150.20.250.30.3500.20.40.60.811.21.4Output Power(W)Supply Current(A)VDD=3.6VVDD=4.2V
THD vs FREQUENCY(4Ω)0.010.1110100100010000100000Frequency(Hz)Thd(%)VDD=3.6V/Po=0.25WVDD=5.0V/Po=1.0W THD vs FREQUENCY(8Ω)0.010.1110100100010000100000Frequency(Hz)Thd(%)VDD=3.6V/Po=0.125WVDD=5.0V/Po=0.5W
THD vs OUTPUT POWER(4Ω)0.010.11101000.010.1110Output Power(W)Thd(%)VDD=3.6VVDD=5.0V THD vs OUTPUT POWER(8Ω)0.010.11101000.010.1110Output Power(W)Thd(%)VDD=3.6VVDD=5.0V
Nsiway 9
NS4150
**低 EMI、*滤波器、3W 单声道 D 类音频功放
OUTPUT POWER vs SUPPLY VOLTAGE(4Ω)00.30.60.91.21.51.82.12.42.7333.544.55Supply Voltage(V)Output power(W)THD=1%THD=10% OUTPUT POWER vs SUPPLY VOLTAGE(8Ω)00.20.40.60.811.21.41.61.833.544.55Supply Voltage(V)Output power(W)THD=1%THD=10%
SUPPLY CURRENT vs SUPPLY VOLTAGE.533.544.555.5Supply Voltage(V)Supply Current(mA)No LoadRL=4ΩRL=8Ω
9
NS4150应用说明
9.1
原理框图
图4
NS4150功能框图 Nsiway 10
NS4150
**低 EMI、*滤波器、3W 单声道 D 类音频功放
9.2
工作原理
NS4150 是一款**低 EMI、*滤波器3W单声道D 类音频功率放大器。在 5V 电源下，能够向 4Ω 负载提供 3W 的功率，并具有高达 90%的效率。
NS4150 采用先进的技术，在全带宽范围内较大地降低了 EMI 干扰，较大限度地减少对其他部件的影响。
NS4150 *滤波器的 PWM 调制结构及增益内置方式减少了外部元件数目、PCB面积和系统成本，利用扩展频谱技术充分优化全新电路设计。芯片内置过流保护、过热保护和欠压保护功能，在异常工作条件下关断芯片，有效地保护芯片不被损坏，当异常条件消除后，NS4150自动恢复工作。
9.3
*输出滤波器
NS4150 采用*输出滤波器的 PWM 调制方式，省去了传统D 类放大器的 LC 滤波器， 提高了效率，提供了一个更小面积，更低成本的实现方案。
9.4
上电 ,掉电噪声抑制
NS4150 内置上电，掉电噪声抑制电路， 有效地消除了系统在上电、 下电、唤醒和关断操作时可能出现的瞬态噪声。
9.5
EMI增强技术
NS4150内置EMI增强技术。 采用先进的技术，在全带宽范围内较大地降低了 EMI 干扰，较大限度地减少对其他部件的影响。如图 6所示。
图5
EMI测试频谱图
9.6
CTRL引脚设置
通过设置 CTRL引脚的电平值，可以设置NS4150 的工作模式，如表 4 所示。
表
4 工作模式
CTRL
Mode
H
Open
L
Shutdown
Nsiway 11
NS4150
**低 EMI、*滤波器、3W 单声道 D 类音频功放
9.7
效率
NS4150利用扩展频谱技术充分优化全新D类放大器的电路设计，以提高效率。较高可达90%的效率更加适合于便携式音频产品。
9.8
保护电路
当芯片发生输出引脚与电源或地短路，或者输出之间的短路故障时，过流保护电路会关断芯片以防止芯片被损坏。短路故障消除后，NS4150 自动恢复工作。当芯片温度过高时，芯片也会被关断。 温度下降后，NS4150继续正常工作。当电源电压过低时，芯片同样会被关断，电源电压恢复后，芯片会再次启动。
9.9
应用信息
电源去耦电容
电源端加适当的去耦电容可以确保器件的高效率及较佳的 THD 性能， 同时为得到良好的高频瞬态性能，希望电容的 ESR 值要尽量小。一般使用1μF的陶瓷电容将 VDD 旁路到地。去耦电容在布局上应尽可能的靠近芯片的 VDD 放置。如果希望更好地滤除低频噪声，则需要根据具体应用添加一个 10μF或更大的去耦电容。
增益设置和输入电阻
NS4150内部集成反馈电阻为300k，增益Av=300k/Rin，Rin为外接输入电阻。
输入滤波器
音频信号通过隔直电容和输入电阻输入到NS4150的INP与 INN。输入电容Cin与输入电阻 Rin构成一个高通滤波器。截止频率为fc = 1/(2πRinCin) 。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。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。
图6
差分和单端输入方式
磁珠与电容
NS4150 在没有磁珠、 电容的情况下， 对60cm的音频线，仍可满足FCC标准要求。在输出音频线过长或器件布局靠近 EMI敏感设备时，建议使用磁珠、电容。磁珠及电容要尽量靠近芯片放置。
图7
磁珠与电容 Nsiway 12
NS4150
**低 EMI、*滤波器、3W 单声道 D 类音频功放
10
芯片的封装
10.1
MSOP-8封装尺寸图
图8
MSOP-8封装尺寸图
Nsiway 13
NS4150
**低 EMI、*滤波器、3W 单声道 D 类音频功放
Nsiway
10.2
SOP-8封装尺寸图
图9
SOP-8封装尺寸图
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