主要設計特性

完備的一體化設計

12V至20V直流電源供電

利用小音箱提供較高的SPL輸出

高效率的D類設計

有源EQ，包括動態低音均衡

高性價比驅動器提供出色的音質

設計詳細說明

該參考設計安裝在一個精心設計的盒子內，包含了所有電子元器件和揚聲器。整個系統只需要一個外部電源和信號源。

兩個2英寸揚聲器用于左、右聲道，一個5英寸揚聲器用于重低音。一片MAX98400A工作在立體聲模式，用于驅動左/右聲道；另一片MAX98400A工作在單聲道模式，用于驅動重低音聲道。以下分兩部分詳細介紹該方案：電路部分和揚聲器/機械結構部分。

電路說明

該參考設計的電路分兩部分：左/右聲道和重低音聲道。每部分包括三級電路：輸入級、EQ級和功率級，如圖1所示。.

圖1. MAX98400 D類音頻放大器電路框圖，設計包括輸入級、EQ級和功率級。

輸入級

左/右聲道和重低音聲道的輸入級相同。立體聲、對數抽頭電位器用作音量控制，用于調節前置放大器的信號。為避免地回路干擾，輸入級采用差分形式，RCA輸入連接器沒有直接連接到系統地。利用一個100Ω電阻降低共模電壓；U3-A和U3-D (如以下原理圖所示)提供2倍增益并將差分信號轉換成單端輸出。輸入級的輸出以VREF為參考，該電壓是功率放大器U2的參考電壓，利用U100-A進行緩沖。.

EQ級

輸入級之后，左、右聲道信號進入兩級參量EQ電路，電路分別位于U3-B (左聲道)和U3-C (右聲道)附近。每路參量EQ使用一個運放回轉器模擬LC串聯諧振電路中的電感。串聯電路有兩個接入點，可實現衰減或放大，這些接入點通過兩個不同的電容實現。例如，C105和C106是左聲道的第一級參量EQ，是左聲道的提升和衰減節點。如果只使用C106 (沒有連接C105)，諧振電路與串聯電阻R105 (10kΩ)組成一個分壓器，對諧振頻率信號進行衰減。相反，如果只使用C105，則降低反饋，使諧振頻率信號提升。如果兩個電容都不使用，則該部分電路禁用。

諧振頻率f0由下式計算：

f0 = 1/(2 × π × √(L0 × C0))

其中:

L0 = R108 × C107 × R107

C0 = C105

And the Q is:

Q0 = √(L0/(C0 × R02))

通過加入第三級EQ電路可實現傾斜型濾波，只需要RC元件即可：一個電容(C113用于提升；C114用于衰減)和一個電阻(R111)。

該參考設計中，利用U100-B和U100-C運放為左/右聲道構建2階高通濾波器。

功率級

該設計提供了三個通道的揚聲器功率放大器。MAX98400A用于立體聲模式，驅動左、右聲道揚聲器，能夠為8Ω揚聲器提供2 × 20W功率。MAX98400A配置為單聲道模式，用于第三個聲道，驅動重低音放大器。

在單聲道模式，MAX98400A的兩個D類放大器輸出并聯，可提供更大的輸出功率。單聲道重低音能夠為4Ω揚聲器提供44W功率(VDD = 18V)。重低音聲道的輸入級與左/右聲道的輸入級相同。輸入級之后，左、右聲道信號通過U5-B疊加，提供單聲道重低音揚聲器的驅動。R303在疊加放大器設置重低音揚聲器的增益。

為了將平坦的頻響特性擴展到極低頻率，系統為重低音揚聲器提供了6階濾波電路。該方案在開孔揚聲器4階高通頻響的基礎上增加了2階有源高通濾波器。U5-B為重低音揚聲器提供同相Sallen-Key 2階高通濾波。

該系統需要高Q值，在40Hz頻點有13dB提升(圖2)。為了避免揚聲器和放大器過載，配置Sallen-Key濾波器實現滑動高通濾波；濾波器在放大器輸出達到最大值時會動態調整。輸入電阻R305可自動降低(用光耦FET，U7)，從而使濾波器Q值降至0.5以下，即沒有提升。

重低音揚聲器放大器U2的輸出峰值電壓控制光耦FET的輸入信號。D6和C16組成峰值檢測器，能夠快速檢測輸出峰值電壓。峰值檢測器的閾值可調節或固定，取決于是否安裝R7和R8/R9。控制電路工作時將打開LED D5。

圖2. 重低音聲道動態調整仿真結果。在重低音信號達到其門限后，高通濾波器的Q值減小，截止頻率增大。

兩個運放U5-C和U5-D配置成4階重低音低通濾波器，作為左/右聲道高通濾波器的后續濾波。

J1為電源輸入連接器，用于標準的筆記本電腦同軸插頭。典型的筆記本電腦電源的平均輸出電壓約為19V，適用于塢站系統供電。通過C1、C2濾波，電壓標記為PVDD，接入電源后點亮D1綠燈。

采用簡單的復位電路(U6)在上電、掉電時將放大器芯片置于關斷狀態，以避免在輸入電路信號建立過程中產生瞬態噪聲。關斷控制門限通過R3和R4電阻分壓器設定在大約10V。

MAX98400采用具有專利保護的無濾波調制技術，不需要外部大尺寸電感濾波器。輸出端只需簡單的鐵氧體磁珠(L100和L301)。

揚聲器和機殼

重低音揚聲器采用Tymphany的5英寸直徑揚聲器，型號為SLS-P830945，標稱阻抗為4Ω，諧振頻率為47.4Hz。左、右聲道采用2英寸揚聲器，型號為Tymphany PLS-P830970，標稱阻抗為4Ω，諧振頻率為147.5Hz。

低至35Hz的f3設計用于語音系統，采用了6階濾波電路，包括一個2階高通有源濾波器。整個系統放置在一個機箱內，包括三個揚聲器、調節端口和電路PCB。重低音揚聲器開口向下安裝，可節省機箱尺寸，有助于提高效率。機箱體積大約為3.79l，調諧在54Hz。機箱外型尺寸近似為355mm x 180mm x 120mm。揚聲器濾波均衡設計為250Hz的4階Linkwitz-Riley濾波器；衛星揚聲器均衡包括f = 500Hz、增益 = +6dB、Q = 0.5的參量EQ和f3 = 3.8kHz、增益為+5.8dB的傾斜型濾波器，圖3所示為系統頻響。

圖3. 整個系統的頻響特性仿真表明最大平坦相應可以擴展至40Hz

本文給出的機械結構圖源于原型設計，原型設計用1/4英寸丙烯塑料制成，用鉆孔螺絲、丙烯膠和8.5in x 2.5in端口管固定。消費類產品可能會考慮使用性價比更高的材料，譬如木制材料、纖維板(MDF)、工程塑料(ABS)等。

電路原理圖

PCB布板

Mechanical Drawings

機械圖

審核編輯：郭婷