20160215 从TDA1517说开去

从TDA1517说开去
——两款面向多媒体应用的优秀功放集成电路
吴红奎
TD1517因为被早期的创新声卡采用而被我们熟悉，它是飞利普（Philips）公司生产的固定增益A B 类放大器，有SIL9MPF（TDA1517N）、RBS9MPF（TDA1517S）HDIP18（TDA1517P）三种封装形式，可以输出5W×2（VCC=14.4V，RL=4Ω，THD≤0.5%）的功率，其中TDA1517P无须独立散热器。

TD1517不但外围元件少，音质也获得了广泛好评，TI为此推出了引脚功能兼容的型号TPA1517N（DIP20）和TD1517D （DWP20，类似SSOP，底部带散热焊盘），体积更小，输出功率按THD≤0.2%计可以达到 4.5 W×2（VCC=14.4V，RL=4Ω）。

TD1517采用互补推挽输出方式，单电源供电设计，需要输出电容而影响占板面积的缩小，对音质表现也有影响，不直接支持BTL方式，不过它还有一个不为人们熟知的孪生兄弟：支持双声道和BTL（单声道）应用的TDA1517ATW。

采用BTL方式虽然要多用一块IC但无须输出电容，同时可以在有限的供电条件下（VCC=12V）获得更大的功率和理论上更好的保真度（偶次谐波失真小，PSRR高），电路板面积也增加不多，对于多媒体应用和平板显示设备来说，从性能上看TDA1517ATW似乎更为合适，只是总的成本会稍高一些，我们期待着无须散热器的双声道BTL方式的产品出现。

一、性能很相似的TDA1517ATW和LM4950
TDA1517ATW能为8欧姆负载提供8W的功率（BTL方式，THD≤10%）而无须独立散热器，在D类放大器在成本、体积和音质还不能很好兼顾的时候达到了成本、体积和音质的兼顾，对于音频部分仍然采用模拟放大方案的多媒体应用、平板电视、平板显示器来说，这是一个很好的选择。

国半（National Semiconductor）新上市的LM4950为同样的应用提供了替代的选择，与TDA1517ATW 相比，同样是AB类放大器，同样可以能为8欧姆负载提供约8W（7.5W，THD≤10%）的功率（BTL方式）而无须独立散热器（TO-263封装）。

LM4950和TDA1517ATW的性能比较如表1。

表1：LM4950和TDA1517ATW的性能比较
项目LM4950 TDA1517ATW
特有性能增益可调；具备增益一致性保证
（Unity-gain stable）电路；
低待机电流和低静态电流：
高电流输出能力；
对电源滤波电容的要求低。

固定增益，无须增益设定和反馈电阻，外
围电路更加简单；
静音功能；
静电、过热保护，电源极性反接保护；
HTSSOP20封装，占板面积更小。

相似性能AB类放大器；高功率输出无须独立散热器；无开关机冲击声；待机功能；短路保护功能。

LM4950和TDA1517ATW的主要技术参数比较如表2。

可以看出来二者在BTL方式下供电电压为12V 时即可以提供TDA1517（P）需要14.4V才能够提供的输出功率，而LM4950增益可调的方案无疑能够提供比较灵活的应用，代价时增加了外围元件的数量。

BTL方式在电电源供电条件下无需输出电容，具有好的频响；它输出级为对称平衡方式，所以失真更低，尤其是小信号时的表现更好；它可以抵消大部分的偶次谐波失真，对电源的同相干扰有很强的抑制能力，所以在同样条件下声音更好，交流声也更小。

不过二者似乎就是为BTL方式设计的，虽然支持双声道模式，但与之引脚兼容的TDA1517（P）和TPA1517N（D）则更为合适。

表2：LM4950和TDA1517ATW 的主要技术参数（VCC=12V ）
项目 LM4950
TDA1517ATW
输出功率
双通道 3W ×2（4Ω，THD+N ≤1%）
3.3W ×2（4Ω，THD+N ≤1%） BTL 5.5W （8Ω，THD+N ≤0.1%） 5.5W （8Ω，THD+N ≤0.1%）
电源
最大值 18V
18V 典型值 12V
12V 待机电流 ≤80μA ≤100μA 静态电流 ≤30mA
≤80mA
通道分离度（双通道模式） 70dB （RL=4Ω，P0=1W ）
55dB （RL=4Ω，P0=1W ）
PSRR （电源抑制比） 最小值（BTL ）
≥56dB ≥50dB 典型值（BTL ） 70dB - 最大输出峰值电流 5A
2.5A 输出噪音（A-计权，典型值） 10μV
50μV
LM4950和TDA1517ATW 的THD+N （总谐波失真+噪声）和输入信号的频率与输出功率的对比如图1和图2所示。

从图2和图3中可以发现二者的技术指标
在常用范围内是何其相似。

LM4950的THD+N 与频率的关系曲线更为平坦，LM1517的低频（150Hz 以下）表现更好，TDA1517ATW 的输出功率在700mW 以下时似乎更为优秀。

在THD+N 为0.1％和1％之间，二者所能提供的不失真输出功率（约6W ）是几乎相等的。

在实际试听时，LM4950的表现浑厚圆润，低音部分较为突出；TDA1517ATW 则显得冷艳明亮，高音部分较为突出。

二者的THD+N 按1％计都能够提供6W 的不失真功率（BTL 模式），这对于多媒体和平板显示设备尤其是平板显示器来说，应该是比较合适的，不多对于现在大屏幕的平板电视来说，可能偏小了一点。

对体积和音质都必须要兼顾的大屏幕的平板电视来说，高性能的D 类放大器可能是不二选择。

0.050.030.020.01
0.0020.001
T H D +N (%)
频率(Hz)
①（黑线）：TDA1517ATW ；②（红线）：LM4950V CC=12V ，RL=8Ω，BTL ，P0=1W
0.7
0.40.2
0.1
0.050.030.02
0.01
7101T H D +N (%)
0.04420.010.02
0.040.10.20.40.7125810
输出功率(W)
①（黑线）：TDA1517ATW ；②（红线）：LM4950V CC=12V ，RL=8Ω，BTL ，f=1kHz
46图1 THD+N 与频率的关系曲线 图2 THD+N 与输出功率的关系曲线
LM4950和TDA1517ATW 的封装外形比较如图3。

LM4950采用10 mm ×14 mm （含引脚）的9引脚TO-263封装（LM4950TS ），体积稍大但散热性能更好，对于体积宽松的应用，还提供9引脚TO-220封装（LM4950TA ）供选择；TDA1517ATW 采用的是HTSSOP20封装（底部散热焊盘），含引脚大小为6.6mm ×6.6mm 。

TDA1517ATW
TO-263TO-220HTSSOP20
图1 LM4950和TDA1517ATW的封装外形比较图
二、LM4950和TDA1517ATW的典型应用电路
LM4950和TDA1517ATW的典型应用电路如图4和图5。

由于LM4950具有良好的电源抑制比，所以对电源滤波电容的要求比较低，如果采用开关电源供电，电源端子附近只需要一个1微法的钽电容就可以满足需要，大容量的电解电容可以省略不用。

TDA1517ATW在采用双通道模式时要注意的，它的两个功率输出端是反相的，在严格应用的场合要注意与扬声器的连接方式。

R
图4 LM4950的典型应用电路图（双声道和BTL方式）
R
控
双声道方式BTL方式
图5 TDA1517ATW的典型应用电路图（双声道和BTL方式）
三、设计与计算
㈠、LM4950，以图4为例。

1、电压增益
图4中，R1（R3）为输入电阻，R2（R4）为反馈电阻，R1（R3）和R2（R4）共同决定了放大器的电压增益，计算公式为：Av=2（R2/R1）。

实际应用中R1的取值不能太小，根据对输入阻抗的要求，10～20kΩ可以满足一般需要。

电压增益的调整主要通过调整R2的阻值实现。

负载阻抗（RL）确定的条件下，电压增益的确定由输出功率（Po）和输入灵敏度（Vin）决定，最小电压增益的计算公式为：
Av，功率的单位是W，RL是负载阻抗（喇叭），单位是Ω，Vin输入灵敏度，按平均值计=P o R L Vin
算，单位是V。

最小增益确定后根据Av=2（R2/R1）即可以计算出R2的阻值。

2、待机控制
LM4950的2脚为待机控制端，低电平有效，当2脚电压高于VCC（供电电压）的一半时LM4950才会进入工作状态。

如果是系统控制信号，开启信号要确保高于VCC的一半，同样，关闭信号要确保低于VCC的一半；如果是直接控制，可以采用两个100k的电阻对VCC分压，中点接LM4950的2脚。

3、输入电容的选择
输入电容C1（C2）与输入电阻R1（R3）组成了高通滤波器，决定了放大器的输入信号的最低频率fc，C1的单位使用μF，电阻的单位使用kΩ，fc的单位采用Hz，C1的计算公式为：C1=159/（fcR1）。

如“3”所述，如果R1=20k，C1=0.39μF，那么fc=20Hz，选取更大的C1并无益于放大器的带宽的增加。

4、旁路电容的选取
旁路电容C3决定了对开关机冲击声的抑制能力。

只有2脚的电压上升的VCC的一半时放大器才会工作，C3的大小决定了2脚电压上升到VCC的一半的时间，这个时间要大于输入电容的充电时间以保证开机没有冲击声音。

这个时间当C3为1.0，2.2，4.7，10μF分别是120，120，200，440ms，要保证1000C1（R1+R2）的数值小于上述数值，其中C1的单位是F，电阻的单位是Ω。

㈡、TDA1517ATW ，以图5为例。

TDA1517ATW 的增益由内部固定为20dB （双声道，典型值）或者26 dB （双声道，典型值），输入电容的选择与LM4950类似，输入电阻双声道模式为60k Ω，BTL 模式为30 k Ω。

1、工作模式的确定
TDA1517ATW 通过一个模式控制端子（17脚）实现待机和静音两种功能，17脚的直流电平决定了IC 工作状态：0～2V 为待机，3.3～6.4V 为静音，大于8.5V 为正常工作状态。

图6是推荐的控制电路，如果不使用模式控制，可以省略Q1和Q2及其R2，将图6中的R1接17脚即可，为了更好的抑制开关机冲击声，可以同时对地接一个100μF 左右的电容到17脚，具体数值根据实际加以调整。

去17脚
CTL1CTL200
0110
正常静音待机
去17脚
系统控制工作模不进行模式控制的电路
图6 TDA1517ATW 的工作模式控制电路
㈢、元件与布线
推荐的主要元件分布图如图7和图8所示（元件面，俯视）。

应该遵循的共同原则是：电源地和信号地要分别布线，遵循由弱信号到强信号最好到电源地的布线原则，电源地和电源的布线要足够宽并且远离弱信号区域。

电容的焊盘间距力争合适以便使电容的引脚尽量短以避免寄生振荡。

图7中的Ra 和Rb 是待机控制的分压电阻，阻值为100k ，JP1为控制跳线，闭合跳线为待机。

对于采用TO-263封装的LM4950TS ，与其相连的用来散热的铜箔面积应该不小于103平方厘米。

图8中，为了抑制高频干扰和工频纹波，图4中TDA1517ATW 的供电引脚（15和16脚）需要一个低ESR 的电容（0.1μF ），而且要求该电容尽量靠近供电引脚。

在双声道模式下，5脚的旁路也是必须的并且要求也是低ESR 类型的，推荐选用钽电容。

TDA1517ATW 依靠底部裸露的散热焊盘通过与其连接的铜箔散热，对于采用双面印板的设计来说，两面的铜箔面积每一面应该不小于60mm ×66mm （铜箔厚度按0.35μm 计）并通过过孔相连。

C4R1C1
C3VCC
IN
OUT
LM4950TS
R2R3R4
Ra Rb JP1
C4
C6C7
待机C5
C1
C2
正常
C3VCC
RIN
LIN
OUT
OUT
TDA1517ATW
图7 LM4950的主要元件排布图
图8 TDA1517ATW 的主要元件排布图
附：
1、作者：
吴红奎：自由撰稿人，发烧友。

长期从事电子和电力电力电子的电子商务工作。

2、摘要
[英文标题]：Two devices are primarily developed for multimedia applications
[摘要]： TDA1517ATW的性能比TDA1517更为优异，LM4950则与之不分伯仲，本文讨论了二者的应用电路及其简单的设计方法。

[关键词]：AB类放大器 (Class AB)，BTL(桥式放大器)，TDA1517ATW，LM4950
3、主要参考资料：
⑴、LM4950, Boomer®Audio Power Amplifier Series, 7.5W Mono-BTL or 3.1W Stereo Audio Power Amplifier.National Semiconductor,August 2004.
⑵、TDA1517ATW 8 W BTL or 2×4 W SE power amplifier, Philips Electronics, 2001 Apr 17.。