LM4663
LM4663 2 Watt Stereo Class D Audio Power Amplifier with Stereo
Headphone Amplifier
2006年 4 月
LM4663
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LM4663 20021 A ver y mino r text edit (typ o) . ( M C) Co nver ted to nat20 00 DTD. Few edits on Ta ble 1 and ar t DS 101269-03 (K evin. ) re duced b lo ck diagr am to fit on p age on e. ch ang ed to fi nal 1- 7-20 00 UPDA TE D FI GURES AND T A BLES FOR PRI N T chan ged gr aphics 5 to 9 to eps fixed gr aph ic r efer en ce New dat asheet ds1 01269 23 960 20 0001 11 Jef f Bridges LM 46 63 ステ レ オ ・ ヘ ッ ドフ ォ ン・ア ン プ 内 蔵 2W ステ レ オ D 級オ ー デ ィ オ ・ パ ワーア ン プLM4663
Boomer
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オーディオ・パワーアンプ・シリーズ
ステレオ・ヘッドフォン・アンプ内蔵 2W ステレオ D 級オーディオ・パワーアンプ
概要
LM4663 は、単一電源で動作する集積化された高効率 D 級オー ディオ・パワーアンプです。LM4663 では、従来のパルス幅変調 アンプに比べて出力ノイズと THD ( 全高調波歪み ) を小さくでき る連続時間デルタ - シグマ変調方式を採用しています。 LM4663 はまた、インピーダンス 32Ωのヘッドフォンを 0.5％以下の THD で 80mW で駆動できるステレオ・ヘッドフォン・アンプを内蔵 しています。さらに LM4663 には、ヘッドフォン・アンプまたは D 級アンプを選択できる 2 系統のステレオ入力があります。両アンプ ともにサーマル・シャットダウン機能を備えています。 LM4663 はスタンバイ・モードでは、2μAという極めて小さい電流 しか消費しません。 4Ω 負荷での効率は、250mW 出力では 69％ですが、2W 出力では 83％に達します。また、この IC は、 電源オン / オフ時の可聴ノイズを抑えるクリック / ポップ・ノイズ低 減機能を備えています。 LM4663 は 24 ピンの TSSOP タイプの パッケージで供給されており、ノートパソコンまたはデスクトップ・パ ソコンへの応用に最適です。主な仕様
■ THD ＋ N ( 全高調波歪み＋ノイズ ) ＝ 1％における 出力 PO 2.1W ( 代表値 ) ■ 4Ω 負荷に対する 1W、1kHz 出力での THD ＋ N (D 級アンプ ) 0.2％( 代表値 ) ■ 32Ω 負荷に対する 20mW、1kHz 出力での THD ＋ N ( ヘッドフォン ) 0.15％( 代表値 ) ■ 4Ω 負荷に対する 2W 出力時の効率 83％( 代表値 ) ■ 4Ω 負荷に対する 250mW 出力時の効率 69％( 代表値 ) ■ 待機時消費電流 22mA ( 代表値 ) ■ シャットダウン時消費電流 2μA ( 代表値 ) ■ 単一電源電圧範囲 4.5V ∼ 5.5V特長
■ デルタ - シグマ変調 ■ 2 系統のステレオ入力選択 ■ クリック/ ポップ・ノイズ低減回路 ■ マイクロパワー・シャットダウン・モード ■ 24 ピン TSSOP パッケージ ( ヒートシンク不要 ) ■ ステレオ・ヘッドフォン・アンプ内蔵アプリケーション
■ ノートパソコン ■ デスクトップ・パソコン ■ マルチメディア・モニタブロック図
ピン配置図
TSSOP Package Top View Order Number LM4663MT See NS Package Number MTC24LM4663
絶対最大定格
(Note 2) 本データシートには軍用・航空宇宙用の規格は記載されていません。 関連する電気的信頼性試験方法の規格を参照ください。動作定格
(Note 1、2)電気的特性
(Note 1、2、7) 特記のない限り、以下の仕様は VDD＝ 5V、RL＝ 4Ω、Figure 1 に示す LC フィルタ定数の条件に対して適用されます。 リミット値は TA＝ 25 ℃に対して適用されます。 電源電圧 6.0V 入力電圧 − 0.3V ∼ VDD ＋ 0.3V 消費電力 (Note 3) 内部制限 負荷インピーダンス 最小 2.5Ω ESD 耐性 (Note 4) 2000V 5、7、18、20ピン 600V ESD 耐性 (Note 5) 200V 5、7、18、20ピン 50V 接合部温度 (Note 6) 150 ℃ 保存温度 − 65 ℃≦ TA≦ 150 ℃ ハンダ付け情報 TSSOP パッケージ ベーパ・フェーズ (60 秒 ) 赤外線 (15 秒 ) 215 ℃ 220 ℃ 表面実装部品に対するそのほかのハンダ付け方法は、弊社アプリ ケーション・ノートAN-450 「スモール・アウトライン (SO) パッケージ 表面実装と製品信頼性上における効果」を参照ください。 温度範囲 TMIN≦ TA≦ TMAX − 40 ℃≦ TA≦＋ 85 ℃ 電源電圧 4.5V ≦ VDD≦ 5.5V パッケージ熱抵抗 (TSSOP パッケージ ) θJA θJC 80 ℃ /W 20 ℃ /W電気的特性
(Note 1、2、7)( つづき) 特記のない限り、以下の仕様は VDD＝ 5V、RL＝ 4Ω、Figure 1 に示す LC フィルタ定数の条件に対して適用されます。 リミット値は TA＝ 25 ℃に対して適用されます。 Note 1: 特記のない限り、すべての電圧値はグラウンドを基準にして測定されています。 Note 2: 「絶対最大定格」とは、デバイスが破壊する可能性のあるリミット値をいいます。「動作定格」とは、デバイスが正しく機能する条件を示していますが、 特定の性能リミット値を保証するものではありません。「電気的特性」は、記載されている試験条件を満たしている場合に特定の性能リミット値を保証す る、DC および AC の電気的仕様です。このとき、デバイスは「動作定格」の範囲内にあるものとします。 パラメータのうち上限値または下限値が規定 されていない仕様は保証されませんが、代表値 (Typ 値 ) はデバイスの性能を示す指標となります。 Note 3: パッケージ温度が 25 ℃以上での動作では、最大接合部温度 150 ℃および接合部 - 周囲間熱抵抗θJA＝ 80 ℃ /W に基づき、ディレーティングする必要 があります。 Note 4: 人体モデルでは、1.5kΩの抵抗を介して 100pF のコンデンサから放電します。 Note 5: マシン・モデルでは、220pF ∼ 240pF のコンデンサからすべてのピンを介して放電します。 Note 6: 動作時の最大接合部温度は 150 ℃です。Note 7: リミット値は、ナショナル セミコンダクター社の AOQL (Average Outgoing Quality Level : 平均出荷品質レベル ) により保証されています。
代表的な性能特性
LM4663
代表的な性能特性
( つづき)Class D Amplifier In-Band Output Spectrum
Class D Amplifier In-Band Output Spectrum
Class D Amplifier THD＋ N vs Power vs Frequency
Class D Amplifier THD＋ N vs Frequency vs Power
アプリケーション情報
FIGURE 1. Operating on a single 5V supply, this recommended application circuit is a complete solution with 2W Class D amplifiers that drive 4Ω speakers and 80mW amplifiers drive 32Ω headphones.
推奨アプリケーション回路 LM4663 は、Figure 1 に示す推奨アプリケーション回路で動作さ せたときに所望の性能を発揮します。この回路は LM4663 の全 機能である、チャネルあたり2W のステレオ・パワーアンプ機能と、 チャネルあたり 80mW のステレオ・ヘッドフォン・アンプ機能をサ ポートしています。この回路では、ステレオ・ミニプラグ / ジャック の切り替え接点で、HPSEL ( ヘッドフォン選択 ) を制御できます。 アプリケーションによっては、外部で生成された論理信号を用いて この機能を制御しても構いません。 制御ピン LM4663 には、3 つの制御ピン (INSEL、SD、HPSEL) がありま す。 INSEL ピンは VIN1系統と VIN2系統の、2 つのステレオ入
力の選択に使用します。 INSEL を電源に接続すると VIN1系統 が選択され、グラウンドに接続すると VIN2系統が選択されます。 SD ピンを電源に接続すると、マイクロパワー・シャットダウン動作 となります。 HPSEL を電源に接続するとヘッドフォン・アンプが選 択され、グラウンドに接続すると D 級アンプが選択されます。 Table 1 に、各制御ピンを電源またはグラウンドに接続した場合の 機能をまとめてあります。
TABLE 1. Function selected when applying VDD or GND to the INSEL, SD, and HPSEL control pins.
出力フィルタ LM4663 の 2W のパワーアンプは D 級スイッチング・トポロジーを 用いており、アンプ出力と負荷の間にフィルタを必要とします。 Figure 1 に示す平衡 LCフィルタでは、4Ω 負荷時に 18kHz のカッ トオフ周波数と最大限のフラットな帯域特性を与える推奨の素子 定数を使用しています。なお、D 級アンプの出力は相当量の帯 域外エネルギーを含んでいるため、フィルタを省略することは推奨 しません。帯域外エネルギーは負荷インピーダンス中の抵抗成分 で消費され、効率を低下させてしまうからです。 制御機能 端子 グラウンド接続 VD接続
INSEL 10 VIN2 L & R VIN1 L & R
SD 9 フルパワー動作 マイクロパワー・ シャットダウン HPSEL 16 ヘッドフォン・アンプが 無効となり、 D 級アンプが 有効となります。 D 級アンプが 無効となり、 ヘッドフォン・アンプが 有効となります。
LM4663
アプリケーション情報
( つづき) BYPASSピン・コンデンサ クリッピングのない最大振幅出力を得るため、内部回路用の DC 基準電圧は、デバイス内部で電源電圧から抵抗分圧によって生 成されています。 内部基準電圧に対する可聴周波数帯の特性 変動を低減するために、良質な AC グラウンドと BYPASS ピンと の間にバイパス・コンデンサが必要です。これは基本的には信号 源からのシールドです。ただし、4 ピン、8 ピン、17 ピン、21 ピン の各 GNDPR ピンにはかなりの量のリターン電流が流れているの で、それらのピンをバイパス・コンデンサのグラウンド側接続先とし て選ぶのは適切ではありません。リターン電流には入力周波数に 相関のある多くの高調波成分が含まれているからです。 バイパ ス・コンデンサを接続すると、グラウンド・リードのインダクタンス成 分を共有することになり、入力信号を簡単にカップリングしてしまい ます。 結果として THD が増大します。 最小負荷抵抗 「絶 対 最 大 定 格」で規 定しているように、フィルタ出 口での LM4663 がサポートする最小負荷抵抗は 2.5Ω です。 可聴帯域 にわたって、負荷 ( 通常はスピーカ ) がこれを下回るようなインピー ダンス低下の共振点を持っているかどうかをテストしておく必要が あります。 出力フィルタ部品 Table 2 に、4Ω、8Ω 負荷に対する、Figure 1 に示す出力フィル タのコンデンサ (C)とインダクタ (L) の推奨値を示します。どちらの 負荷でも帯域幅は 18kHz です。TABLE 2. Output filter component values for different load resistance. 出力短絡に対する許容 推奨アプリケーション回路では、正負のフィルタ出力間の短絡に 対して、LM4663 は限られた時間であれば耐えられます。ただ し、出力のグラウンドまたは電源への短絡、あるいはフィルタ前出 力の低インピーダンス経路への短絡は、デバイスを破損させてし まいます。 スタートアップ電流 LM4663 では、電源電圧が動作定格範囲 4.5V ∼ 5.5Vより低く なると、待機時電流の異常に大きな引き込みが生じます。した がって、シャットダウン・モード (SD ＝ VDD) でパワーオンすること を推奨します。 実験環境では、電源装置の電流リミットを低め ( ＜ 1A) に設定していない限り、通常は問題になりません。しか し、USB アプリケーションのような極めて小さい電流しか取れない アプリケーションでは問題となる可能性があります。そのような場 合は、まずシャットダウン・モードで電源電圧を印加し、電圧が動 作定格範囲に落ち着いてから動作モードに切り替えるようにして ください。 Figure 2 に、そのような切り替えを自動で行なう電流制 限のあるアプリケーション向けの回路例を示します。 プリント基板レイアウト Figure 3 ∼ Figure 7 に、LM4663と周辺部品に対して最適化を 図った、4 層基板の推奨レイアウトを示します。このレイアウトでは、 特に、パワーアンプ出力ピン近くにあるバルク・コンデンサの接続 距離を短くすることに重点を置いています。距離が短いと、出力 スイッチング電流に対するインダクタンス分と EMI 放射を低減でき ます。また同様に、スイッチング出力から LC フィルタのインダクタ までの距離も、放射ノイズ低減のために短くしています。 Table 4 に、この推奨アプリケーション回路の部品表 (BOM) を示します。 また Figure 8 に、この 4 層基板の写真を示します。 このボードは、5V 外部電源、4Ωスピーカ、32Ω のヘッドフォンの 使用を前提として設計されています。VDDパッドには電源電圧を 印加し、GND パッドはグラウンドに接続してください。左側スピー カは Lout ＋と Lout −に、右スピーカは Rout ＋と Rout −に接続 します。 ヘッドフォンの左右のスピーカは、HPL と HPR にそれぞ れ接続します。このボードは、ヘッドフォン出力 HPL、HPR を 2 組備えています。Figure 1 のようなヘッドフォン・ジャックには、ボー ドの上端にあるヘッドフォン出力パッドを使用してください。3 端子 のヘッドフォン・ジャックには、ボード右上端にあるもう1 組のヘッド フォン出力パッドを使用してください。また、スピーカとアンプの接 続では、お互いの＋端子を必ず確認してください。左右のスピー カの位相を保ちます。 このボードは 2 系統のステレオ入力を備えています。チャネル 1 の 左右の入力信号は、Lin1、Rin1 パッドにそれぞれ接続します。 また、チャネル 2 の左右の入力信号は、Lin2、Rin2 パッドにそれ ぞれ接続します。 ボードの下側には 7 つのジャンパがあります。 左から右に向かっ て、マイクロパワー・シャットダウン選択ジャンパ 2 個、入力チャネ ル選択ジャンパ 2 個、ヘッドフォン・アンプ選択ジャンパ、D 級ア ンプ選択ジャンパ、ヘッドフォン・プラグイン時のヘッドフォン・アン プ選択ジャンパです。Table 3 に、各機能の選択内容を示します。
TABLE 3. These are the functions selected by the jumpers on the recommended PC board.
Load Resistance (Ω) Capacitor C (μF) Inductor L (μH)
4 2 22 8 1 44 ジャンパ 機能 SD-L 短絡すると、通常動作となります。 SD-Hジャンパはオープンです。 SD-H 短絡すると、シャットダウン、マイクロパワー動作となります。 SD-Lジャンパはオープンです。 INSEL-L 短絡すると、ステレオ入力 2 が選択されます。 INSEL-Hジャンパはオープンです。 INSEL-H 短絡すると、ステレオ入力 1 が選択されます。 INSEL-Lジャンパはオープンです。
アプリケーション情報
( つづき)TABLE 3. These are the functions selected by the jumpers on the recommended PC board. ( つづき)
FIGURE 2. At power-up, the LP3740 forces the LM4663 into shutdown, which prevents abnormal quiescent current flow through the amplifier. Once VCC rises above 4V and after a 200ms delay set by C1, normal amplifier operation is
restored.
FIGURE 3. Recommended PC board layout: Component side silkscreen
FIGURE 4. Recommended PC board layout: Component side layout
ジャンパ 機能 Class AB 短絡すると、ヘッドフォン・アンプが有効となり、D 級アンプが無効となります。 D級および HP ジャック・ジャンパはオープンです。 Class D 短絡すると、D 級アンプが有効となり、ヘッドフォン・アンプが無効となります。 AB級および HP ジャック・ジャンパはオープンです。 HP Jack 短絡すると、ヘッドフォン・プラグイン時にヘッドフォン・アンプを有効にして、D 級アンプを無効にで きます。 ヘッドフォンを取り外すと、D 級アンプ動作に戻すことができ、ヘッドフォン・アンプは無効に なります。 AB級および D 級ジャンパはオープンです (Figure 1 に示すように、ヘッドフォン・ジャックを使用する 必要があります )。
LM4663
アプリケーション情報
( つづき)FIGURE 5. Recommended PC board layout: Inner Layer ground plane layout
FIGURE 6. Recommended PC board layout: Inner Layer supply plane layout
FIGURE 7. Recommended PC board layout: Bottom side layout
アプリケーション情報
( つづき)LM4663
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生命維持装置への使用について ナショナル セミコンダクター社の製品は、ナショナル セミコンダクター社の最高経営責任者 (CEO) および法務部門 (GENERAL COUNSEL)の事前の書面による承諾がない限り、生命維持装置または生命維持システム内のきわめて重要な部品に使用することは 認められていません。 ここで、生命維持装置またはシステムとは（a）体内に外科的に使用されることを意図されたもの、または (b) 生命を維持あるいは 支持するものをいい、ラベルにより表示される使用法に従って適切に使用された場合に、これの不具合が使用者に身体的障害を与 えると予想されるものをいいます。重要な部品とは、生命維持にかかわる装置またはシステム内のすべての部品をいい、これの不 具合が生命維持用の装置またはシステムの不具合の原因となりそれらの安全性や機能に影響を及ぼすことが予想されるものをいい ます。ナショナル セミコンダクター ジャパン株式会社
本社／〒 135-0042 東京都江東区木場 2-17-16 TEL.(03)5639-7300 技術資料（日本語 / 英語）はホームページより入手可能です。www.national.com/jpn/
このドキュメントの内容はナショナル セミコンダクター社製品の関連情報として提供されます。ナショナル セミコンダクター社 は、この発行物の内容の正確性または完全性について、いかなる表明または保証もいたしません。また、仕様と製品説明を予告な く変更する権利を有します。このドキュメントはいかなる知的財産権に対するライセンスも、明示的、黙示的、禁反言による惹起、 またはその他を問わず、付与するものではありません。 試験や品質管理は、ナショナル セミコンダクター社が自社の製品保証を維持するために必要と考える範囲に用いられます。政府が 課す要件によって指定される場合を除き、各製品のすべてのパラメータの試験を必ずしも実施するわけではありません。ナショナ ル セミコンダクター社は製品適用の援助や購入者の製品設計に対する義務は負いかねます。ナショナル セミコンダクター社の部品 を使用した製品および製品適用の責任は購入者にあります。ナショナル セミコンダクター社の製品を用いたいかなる製品の使用ま たは供給に先立ち、購入者は、適切な設計、試験、および動作上の安全手段を講じなければなりません。 それら製品の販売に関するナショナル セミコンダクター社との取引条件で規定される場合を除き、ナショナル セミコンダクター社 は一切の義務を負わないものとし、また、ナショナル セミコンダクター社の製品の販売か使用、またはその両方に関連する特定目 的への適合性、商品の機能性、ないしは特許、著作権、または他の知的財産権の侵害に関連した義務または保証を含むいかなる表 明または黙示的保証も行いません。 National Semiconductorとナショナル セミコンダクターのロゴはナショナル セミコンダクター コーポレーションの登録商標です。その他のブランド や製品名は各権利所有者の商標または登録商標です。Copyright © 2006 National Semiconductor Corporation
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外形寸法図
単位は millimetersOrder Number LM4663MT NS Package Number MTC24
