前言：

SOP-8 8002封装和丝印

8002是当前小功率音频功放的不二选择，性能较好，价格低廉，不到2毛钱，国内有大把厂家生产，不同厂家生产的最大功率有2W、3W两种。本文以无锡中微爱芯的AIP8002做介绍。

1、概 述

AiP8002 是一块单声道桥式驱动的音频功率放大器，使用 5V 电源供电时，在保证总谐波失真小于 10%的情况下，可向 4Ω 负载提供 2W 的连续平均功率。为了节省便携设备的能量，可将 SHUTDOWN脚接至高电平，AiP8002 就会进入微功耗的关断模式（IQ=0.6μA 典型值）。
该系列音频功率放大器是为提供大功率、高保真音频输出而特别设计的。工作电源从 2.0V 到5.5V，可以低压供电，仅需少量外接元件。由于 AiP8002 不需要输出耦合电容，自举电容及阻抗均衡网络，是低功耗便携系统的理想选择。
AiP8002 还有其他一些功能，例如热关断保护，单位增益稳定，增益外部设定。
AiP8002 主要应用于便携计算机、台式计算机、低压音响系统等。

主要特点如下：

无输出耦合电容，自举电容及输出阻抗均衡网络。
单位增益稳定
增益外部设定
封装形式：DIP8/SOP8/MSOP8/ESOP8

关键参数：

10% THD+N，1KHz 输出功率
AiP8002：4Ω 负载，2W（典型值）
关断模式电流：0.6μA(典型)
电源电压范围：2.0V～5.5V
4Ω 负载，1W 连续平均功率输出，1KHz 输入信号总谐波失真 0.5%。

2、引脚排列图及引脚说明

2.1、引脚排列图

图 1、8002引脚排列

2.2、引脚说明

引脚	符号	逻辑	功能
1	SHUTDOWN	I	掉电控制端，高电平有效
2	BYPASS	O	内部偏置电压
3	+IN	I	模拟输入端，同相
4	-IN	I	模拟输入端，反相
5	VO1	O	模拟输出端负极
6	VDD	P	电源
7	GND	P	地
8	VO2	O	模拟输出端正极

3、电特性

3.1、极限参数

（除非另有规定，Tamb=25℃）

参 数 名 称	额 定 值	单 位
工作电压	6.0	V
输入电压	-0.3～VDD+0.3	V
工作温度	-40～+85	℃
结温	150	℃
焊接温度（10 秒）	250	℃

4、典型应用线路与应用说明

4.1、应用线路

图 2、AiP8002 典型应用图

4. 2、应用说明

4.2.1、外接元件及功能

1	元件	功能
1	RI	反相输入端电阻，与 Rf 一起设定闭环增益，同时与输入电容 CI 构成高通滤波器，转折频率为 fc = 1 / 2πR1C1
2	CI	输入耦合电容，防止输入端直流电压对前级产生影响，同时与 RI 构成一高通滤波器，转折频率为 fc = 1 / 2πR1C1
3	Rf	反馈电阻，与 RI 一起设定放大器的闭环增益。
4	CS	电源滤波电容
5	CB	偏置电压滤波电容
6	RPU	上拉电阻，典型值为 47K

4.3、应用信息

4.3.1、桥式功能

如图（2）所示，AiP8002内部有两个运算放大器，第一个放大器的增益是外部结构，而第二个放大器为内部固定增益，是倒相装置。

第一个放大器的增益通过选择Rf和RI的比值来决定，而第二个放大器的增益则通过两个内部40KΩ的电阻固定。图（2）表明放大器1的输出作为放大器2的输入，这样导致两个放大器产生大量相同信号，但相位相差180°。因此，该IC的差动增益为：AVD=2(Rf/RI)。通过输出端VO1和VO2驱动不同的负载，这就是“桥式模型”放大器。桥式模型的运行不同于传统的单终端放大器结构，在单终端结构中负载的一端接地。桥式放大器设计比单终端结构有一些明显的优点。当它给负载提供差动驱动时，双输出差动作为一确定的电源电压。因此，在相同条件下，输出功率可能是单终端放大器的4倍。在可获得的输出功率中，这种增加假定放大器没有电流限制或断路。过分失真将会损坏扬声器系统中的高频率传感器，为了选择一个不引起过分失真的放大器增益，请参考《AiP8002技术说明》中“音频功率放大器设计”部分。

桥式结构，正如用在音频放大器中的一样，也产生了优于单终端放大器的第二个优点。由于差动输出VO1和VO2在半供给中偏置，通过负载不存在直流电压，这就消除了输出耦合电容。但在单电源 、单终端放大器中则需要输出耦合电容，否则，通过负载的半供给偏置就会导致内部IC功耗的增加，以及扬声器永久性损坏。如果采用单端输出，要求有一个470μF的电容和8Ω负载，使得输出耦合电容和负载形成一个高通滤波器，以保持低频响应。这种组合不会产生降至20Hz的平带回应，但相对于低频响应，它能在印制的电路板尺寸和系统成本之间提供一种折衷。

4.3.2、功耗

要设计一个成功的放大器，无论这个放大器是桥式还是单终端式，功耗都应该重点考虑。等式（1）
表明单终端放大器在给定电源电压、驱动一定的负载时最大输出功率为：
PDMAX=（VDD）²/（2π²RL） （单终端）
（1）
然而，桥式放大器中传递给负载的功率增大也导致内部功耗的增加。由于CS4863的一个通道中含有两个运算放大器，所以桥式工作模式的最大内部功耗是单终端模式的4倍。等式（2）表明桥式放大器在给定5V电源电压、驱动4Ω的负载时最大输出功率单通道为1.27W或立体模式（双通道）为2.54W。
PDMAX=4×（VDD）²/（2π²RL） （桥式）
（2）
从等式（2）中计算得的最大功耗点一定不会比等式（3）的功耗点大：
PDMAX=（TJMAX-TA）/θJA
（3）
以上所述均假定器件运行在最大功耗点附近。由于内部功耗是输出功率的函数，当输出功率减小时，环境温度可进一步提高。
如果等式（1）的结果大于等式（2）的结果，则要么是电源电压降低要么是负载阻抗增加或环境温度减小。如这些调节还不够，则需增加一散热铜片来减小θJA。散热片附加包在管芯外，与电源、地及放大器的输出端连接。与外部焊接到SMT散热片可用7106D热合金也会改善功耗。当增加有散热片时，θJA便是θJC、θCS和θSA的总和（θJC为结与外壳的热阻，θCS为外壳与散热片的热阻，θSA为散热片与环境的热阻）。

4.3.3、电源旁路

对于任何功率放大器，适当的电源旁路对于低噪音运行和高电源截止很关键。在旁路和电源插头上的电容器应尽可能靠近旁路。就如在典型工作特性一节所阐述的，由于增加了半供给的稳定性，一个更大的旁路电容的影响，改善了低频 THD+N。典型运用中，使用一个 5V 的调节器，这个调节器具有一个 10μF 和一个 0.1μF 的旁路电容，有助于电源稳定，但不能消除 AiP8002 的旁路电源的节点。
旁路电容的选择，特别是 CB，依赖于低频 THD+N、系统成本和尺寸约束。

4.3.4、关断功能

为了减少不使用时的功耗，AiP8002 用一个关断引线从外部断开放大器的偏置电路。当一个逻辑高电平加在关断引线上时，关断部件就会断开放大器。一旦进入断开状态，输出立刻和扬声器分开。

当电源电压加在关断引线上时，就产生一个 0.6μA 的标准静态电流。在许多应用中，一个微控制器或微处理器输出用来控制关断电路，它使电路迅速、平稳的转向关断状态。另一个方法是关断时使用一个单极、单掷开关进行切换，它接地使放大器启动。如果开关打开，一个 47KΩ 的外部上拉电阻使AiP8002 截止。在 AiP8002 中没有内部上拉电阻。因此，一个确定的关断引线电压必须由外部供给，确保关断脚不会浮动，从而防止不必要的状态变化。
注意：不建议将 AiP8002 使用在大功率射频方案上，这可能会导致关断功能出现异常。

4.3.5、高增益音频放大器

AiP8002整体增益稳定，在典型应用中，除了增益设置电阻、一个输入耦合电容和一个适当的旁路电源外，不需要其它的外部组件。但是如果要求大于10的闭环差动增益，则需要加入一个反馈电容，由带宽限制放大器，如图（3）所示。反馈电容形成一个低通滤波器，以消除可能出现的高频振荡。

计算-3dB频率时，应该注意Rf和Cf搭配不当会引起20KHz前的衰减。一种标准的反馈电阻和电容组合不会产生音频范围内的高频衰减，即Rf=100KΩ、Cf=5pF。这种组合会产生一个大约320KHz的-3dB点。
一旦计算出放大器的差动增益，就可选择Rf，而且Cf也能由公式 f−3dB = 1 / 2π RFCF计算出来。

图3、8002高增益电路

CB及CS取值视需要而定，典型值为0.1µF
管脚1连至VDD关闭放大器或连至地开启放大器，不可悬空

4.3.6、单端音频放大器

AiP8002 的典型应用是桥式单声道放大器，但它也可用来驱动一个单端负载，例如 PC 卡，它要求负载的一端接地。图（4）展示了一个普通的单端应用，这里 VO1 用来驱动扬声器。输出通过一个470μF 的电容耦合，这个电容可以阻止所有单电源放大器装置中的半供给直流偏置。这个电容，在图（4）中标记为 CO 和 RL 连接形成一个高通滤波器。这个高通滤波器的-3dB 点是 1/（2лRLCO），因此，应确保产品的 RL 和 CO 足够大，以能使低频信号传到负载。当驱动一个 8Ω 负载时，若要求再现全部音频范围，则 CO 至少为 470μF。输出 VO2 是没有用的，通过一个 0.1μF 的电容连到一个 2KΩ 负载上，以增加稳定性。但这种（不）稳定性将不会影响 VO1 的波形，它是实现二次输出的一个很好设计。

图 4、8002单端应用电路

CB及CS取值视需要而定，典型值为0.1µF
管脚1连至VDD关闭放大器或连至地开启放大器，不可悬空
管脚8上作为伪负载连接的电阻和电容起稳定作用

4.3.7、音频功率放大器的设计

设计一个1W/8Ω音频放大器，给定条件：
功率输出 1Wrms
负载阻抗 8Ω
输入电平 1Vrms
输入阻抗 20KΩ
带宽 100Hz～20KHz±0.25dB
设计者必须首先确定所需的电源范围，以获得规定的输出功率。确定最小电源范围的方式是用等式（4）计算所需的VOPEAK，并增加开路电压。使用这种方法，最小的电源电压为（VOPEAK+VOD），
其中VOD=0.6V。
VOPEAK= $\sqrt[]{(}2Rl\ast Po)$
（4）
为使1W的输出功率带动8Ω负载，要求VOPEAK为4.0V，由VOPEAK+VOD得到最小电压4.6V。

但在许多应用中，4.6V并不是标准电压，由于这个原因，设计了5V的电源范围，额外的电源电压产生的动态空间允许AiP8002再现一个峰值超过1W而没有被剪切的信号。同时设计者必须确定电源电压的选择和输出阻抗不能超过在“功耗”一节中所阐述的条件。一旦功耗因素被确定，所要求的差动增益就可由等式（5）确定。
AVD ≥ / $\sqrt[]{(}Po\ast Rl)$ / VIN = Vorms/Vinrms
（5）
Rf/RI=AVD／2
（6）
由等式（5）得：最小的AVD=2.83，取AVD=3。
由于要求输入阻抗为20KΩ，且AVD=3，Rf/RI=1/1.5，使得RI=20KΩ，Rf=30KΩ。最后的设计是确定带宽规格，它必须作为-3dB频率点的一部分来规定。-3dB点的5倍频程处正是从平带响应下降0.17dB ，这 比 所 要 求 的 ±0.25dB 要好 。 这 就 使 得 低 频 和 高 频 极 点 分 别 为 20Hz 和 100KHz(fL=100Hz/5=20Hz；fH=20 KHz5=100 KHz)，RI和CI连接形成一个高通滤波器。
C ≥1∕(2л20KΩ*20Hz)=0.397µF；
取0.39μF 高频极值由产品所规定的高频极值fH和差动增益AVD来决定。由AVD=3，fH=100KHz可得GBWP=150KHz，这比AiP8002的4MHz的GBWP小得多。该数据表明，如果设计者要设计一个高增益放大器，AiP8002仍然适用而不会产生带宽问题。