NJU8754 ｱﾌﾟ ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝﾉｰﾄ アナログオーディオ用 アナログオーディオ用モノラル D 級パワーアンプ ■ 製品概要 NJU8754 は、ｱﾅﾛｸﾞ信号入力、D 級動作出力のﾓﾉﾗﾙ ｵｰﾃﾞｨｵ用ﾊﾟﾜｰｱﾝﾌﾟです。 ｱﾅﾛｸﾞ信号を 1 ﾋﾞｯﾄ PWM 信号に変換する変調器と D 級動作のﾊﾟﾜｰ MOSFET を内蔵しています。出力に LC 型ﾛｰ ﾊﾟｽﾌｨﾙﾀを接続することで低損失にｵｰﾃﾞｨｵ再生ができます。また、出力端子の短絡保護機能を有し、電源電圧 監視機能により電源投入時のﾎﾞﾂ音を抑止する他、制御信号により無音状態と待機状態への遷移ができます。 ■ 応用回路 図 1 に代表的な応用回路例を示します。 C2 10uF C1 0.1uF VDD 1 C6 1uF In Mute 10uF VSS IN OUTP 2 3 C5 10 VDD 4 5 L1 22uH 9 COM VDDO MUTE OUTN STBY VSS 7 Out+ C7 1uF 8 L2 C8 1uF 22uH Out- 6 Standby VDD C3 C4 0.1uF 10uF 図 1. 応用回路例 ＜注意事項＞ 注意事項＞ 本ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝﾉｰﾄに掲載されている製品の仕様等は、予告なく変更することがあります。ご使用にあたっては、納入 仕様書の取り交わしが必要です。 このｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝﾉｰﾄの掲載内容の正確さには万全を期しておりますが、掲載内容について何らかの法的な保証を行う ものではありません。とくに応用回路・特性例については、製品の代表的な応用例を説明するためのものです。また、 工業所有権その他の権利の実施権の許諾を伴うものではなく、第三者の権利を侵害しないことを保証するものではあ りません。 Ver.2003-09-18 -1- NJU8754 ｱﾌﾟ ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝﾉｰﾄ ■ 最大出力電力 [BTL 接続] BTL（Bridge-Tied-Load）接続の接続例を図 2 に示します。非反転信号出力端子（OUTP）と反転信号出力端 子（OUTN）出力を負荷の両端に接続します。 OUTP L C RL OUTN SpeakerSpeaker-phone 図 2. BTL 接続例 出力波形がｸﾘｯﾌﾟすることなく再生可能な最大出力電圧：VRL[Vrms]、最大出力電流：IRL[Arms]および出力電 力：PO[W]は、ﾊﾟﾜｰ MOSFET のｵﾝ抵抗：RDS[Ω]とｺｲﾙの直流抵抗：RDC[Ω]およびｽﾋﾟｰｶの負荷ｲﾝﾋﾟｰﾀﾞﾝｽ：RL[Ω] より式(1)∼(2)を用いて概算できます。 VRL2 PO = = IRL2 × RL RL ･･･ (1) 2 RL 2(RDS+RDC)+RL VDD × PO = ÷ RL ･･･ (2) √2 VDD ON VDD RDS RDC OFF + VRL RL - OFF RDC IRL RDS ON 図 3. HH-ﾌﾞﾘｯｼﾞ ﾘｯｼﾞ D 級出力段 例えば、ﾊﾟﾜｰ MOSFET のｵﾝ抵抗は約 0.5Ωですから、電源電圧が 5V、8Ω負荷そしてｺｲﾙの直流抵抗が 0.2Ω とすると、最大出力電力は約 1.1W となります。 Ver.2003-09-18 -2- NJU8754 ｱﾌﾟ ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝﾉｰﾄ ■ 出力ﾌｨﾙﾀ 出力ﾌｨﾙﾀ NJU8754 の出力はｷｬﾘｱ周波数が約 300kHz の PWM 信号です。負荷に供給される可聴帯域外の高周波成分を抑 制するため出力ﾌｨﾙﾀとして 2 次以上の LC 型 LPF（Low-Pass-Filter）を使用します。ﾌｨﾙﾀを構成するｺｲﾙ（ｲﾝﾀﾞ ｸﾀﾝｽ：L[H]）と容量（ｷｬﾊﾟｼﾀﾝｽ：C[F]）の値は負荷ｲﾝﾋﾟｰﾀﾞﾝｽに依存し、図 2 の 2 次ﾌｨﾙﾀでは式(3)∼(4)によ り算出します。通常、ｶｯﾄｵﾌ周波数：FCL[Hz]として、25∼50kHz、Q 値(ｶｯﾄｵﾌ周波数近傍の特性)として 1/√2 を使用して算出後、系列近傍の部品を選択します。例えば、ｶｯﾄｵﾌ周波数を 30kHz 辺りとした場合、8Ω負荷で は 22uH/1.0uF が、4Ω負荷では 15uH/2.2uF が選択されます。 注：ｺｲﾙの直流抵抗や容量の直列等価抵抗は導伝損失の要因になります。これを低減するには、抵抗成分の小 さい部品の選定が必要です。 注：ｶｯﾄｵﾌ周波数や Q 値の設定は音質に影響を与えます。また、Q 値が大きいとｶｯﾄｵﾌ周波数近傍のｵｰﾃﾞｨｵ信号 に対して消費電流が増加するため、Q≦1 となるように定数を設定します。 C= Q ･･･ (3) π･FCL･RL L= RL ･･･ (4) 4π･FCL･Q ■ 電圧利得 NJU8754 単体の電圧利得は、初段反転ｵﾍﾟｱﾝﾌﾟの約７倍と BTL 出力で約 14 倍となっています。 初段反転ｵﾍﾟｱﾝﾌﾟの電圧利得は、内蔵の入力抵抗：RI[Ω]と帰還抵抗：RF[Ω]により固定になっていますが、 外付けの調整用抵抗：r[Ω]を追加することで変更することができます。 140kΩ 140kΩ IN RF 20kΩ 20kΩ RI r COM 図 4. 電圧利得の 電圧利得の調整 調整用抵抗挿入時の電圧利得：AV は式(5)で求められます。 AV= 140kΩ 140kΩ 20kΩ 20kΩ + r ×2 ･･･ (5) 注：最大入力電圧を入力した時に式(1)の最大出力電圧が得られるように調整用抵抗の値を選択します。 Ver.2003-09-18 -3- NJU8754 ｱﾌﾟ ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝﾉｰﾄ ■ 入力ﾌｨﾙﾀ 入力ﾌｨﾙﾀ 入力ﾌｨﾙﾀは１次の RC 型 HPF（High-Pass-Filter）を構成します。ｶｯﾄｵﾌ周波数：FCH[Hz]は、入力抵抗：RI[Ω]、 利得調整用抵抗：r[Ω]および AC ｶｯﾌﾟﾘﾝｸﾞ容量：CC[F]より式(6)で求められます。例えば、調整用抵抗なしで AC ｶｯﾌﾟﾘﾝｸﾞ容量が 1uF の場合、ｶｯﾄｵﾌ周波数は約 8Hz になります。 注：調整用抵抗を挿入した時は、ｶｯﾄｵﾌ周波数も変化します。 注：DA ｺﾝﾊﾞｰﾀのﾎﾟｽﾄﾌｨﾙﾀによっては折り返しﾉｲｽﾞが出力される場合があります。必要に応じて DA ｺﾝﾊﾞｰﾀの後 にﾌﾟﾘﾌｨﾙﾀ(RC 型 LPF)を挿入します。 1 FCH = ･･･ (6) 2π･(RI + r)･ r)･CC CC r 20kΩ 20kΩ IN RI 図 5. 入力ﾌｨﾙﾀ 入力ﾌｨﾙﾀ ■ ｽﾀﾝﾊﾞ ｽﾀﾝﾊﾞｲ／ﾐｭｰﾄ制御 ﾐｭｰﾄ制御 STBY 端子をﾛｳ･ﾚﾍﾞﾙにするとｽﾀﾝﾊﾞｲ機能が働き、出力端子(OUTP、OUTN)がﾊｲ･ｲﾝﾋﾟｰﾀﾞﾝｽ状態となり、完全に 回路を停止して、消費電流が 1uA 以下の待機状態になります。 OUTN)からはﾃﾞｭｰﾃｨｰ 50% MUTE 端子をﾛｳ･ﾚﾍﾞﾙにするとﾐｭｰﾄ機能が働き、入力信号とは無関係に出力端子(OUTP、 の無音信号が出力されます。 NJU8754 は、STBY 端子をﾊｲ･ﾚﾍﾞﾙにすると入力部外付け AC ｶｯﾌﾟﾘﾝｸﾞ容量を動作点まで充電します。充電完了 前に MUTE 端子をﾊｲ･ﾚﾍﾞﾙにするとこの充電音が出力されます。充電時間は容量値に依存しますが、電源投入時 などの完全に放電した状態では 2.2uF で 100ms 以上が目安です。また、ｽﾀﾝﾊﾞｲ動作無しに電源をｵﾌすると放電 音が出力されます。STBY 端子をﾛｳ･ﾚﾍﾞﾙにしてから電源をｵﾌします。 注：STBY 端子と MUTE 端子を共にﾛｳ･ﾚﾍﾞﾙにした場合、ｽﾀﾝﾊﾞｲ機能が優先されます。また、ｽﾀﾝﾊﾞｲ機能または ﾐｭｰﾄ機能を使用しない場合は、それぞれ STBY 端子または MUTE 端子を VDD 電位に接続します。 注：STBY 端子と MUTE 端子の状態遷移は 100us 以内に完了する必要があります。 Ver.2003-09-18 -4- NJU8754 ｱﾌﾟ ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝﾉｰﾄ ■ 電力損失 IC 固有の電力損失：PD[W]は、負荷出力電力：PO[W]、ﾊﾟﾜｰ MOSFET のｵﾝ抵抗：RO[Ω]（BTL 接続時は RDS×2）、 負荷ｲﾝﾋﾟｰﾀﾞﾝｽ：RL[Ω]そして IC 内部回路の電力損失：PDIC[Ω]より式(7)で概算できます。 PD = PO × RO ＋ PDIC RL ･･･ (7) 例えば、電源電圧 5V で 8Ω負荷に 1W 出力する場合、IC 固有の電力損失は式(8)のように約 153mW となります。 1W × 1.0Ω 1.0Ω 8Ω ･･･ (8) ＋ 28mW ＝ 153mW 注：電源電圧 5V、出力ﾌｨﾙﾀ 22uH/1uF（東光製ｺｲﾙ：A918CY-220M、村田製作所製容量：GRM31MB11E105KC12B） で無音信号出力時の PDIC は、約 28mW です。 また、電力効率：η[%]は、IC 固有の電力損失：PD[W]とｺｲﾙの直流抵抗による電力損失：PC[W]および負荷出 力電力：PO[W]より式(9)で概算できます。上記の例では約 83%となります。図 6 に NJU8754 の出力電力に対す る電力効率の特性例を示します。 PO × 100 PO ＋ PD ＋ PC η = ･･･ (9) 100 電力効率 (%) 90 80 70 60 50 40 0.0 0.5 1.0 1.5 出力電力 (W) 図6. 電力効率対出力電力 Ver.2003-09-18 -5- NJU8754 ｱﾌﾟ ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝﾉｰﾄ ■ 許容損失 D 級動作のｱﾝﾌﾟは、一般的なｱﾅﾛｸﾞ動作のｱﾝﾌﾟに比べて電力効率が高く、発熱も少ないのですが、NJU8754 NJU8754 は小型ﾊﾟｯｹｰｼﾞを使用しているため、最大出力で連続動作させた場合、最大許容損失を超える場合があります。 一般的な音楽信号の場合、平均電力は最大出力電力の 1/5 から 1/10 程度であり、基板からの放熱もあるため、 実使用上は許容損失を超えることはありませんが、使用の際、実装基板の熱抵抗、使用周囲温度、出力電力(平 均値)等を考慮し、最大許容損失を超えないよう注意が必要です。 NJU8754 の SSOP10 ﾊﾟｯｹｰｼﾞの最大許容損失：PdMAX[W]は、ｼﾞｬﾝｸｼｮﾝ温度：TjMAX[℃]、周囲温度：Ta[℃]およ びﾊﾟｯｹｰｼﾞの熱抵抗：θja[℃/W]より式(10)で求められます。例えば、ｼﾞｬﾝｸｼｮﾝ温度は 125℃、IC 単体のﾊﾟｯｹｰ ｼﾞ熱抵抗は 400℃/W ですから、周囲温度が 25℃の最大許容損失は約 250mW となります。 PdMAX = TjMAX － Ta θja ･･･ (10) また、参考データとして、SSOP10 ﾊﾟｯｹｰｼﾞの IC 単体、2 層基板(EIA/JEDEC STD 仕様)実装時および 4 層基板 (EIA/JEDEC STD 仕様)実装時の許容損失を図 7 に示します。 600 4層基板 許容損失 (mW) 500 400 2層基板 300 200 IC単体 IC単体 100 0 0 20 40 60 周囲温度 (℃) 80 100 図 7. SSOP10 ﾊﾟｯｹｰｼﾞ ｯｹｰｼﾞの許容損失 Ver.2003-09-18 -6- NJU8754 ｱﾌﾟ ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝﾉｰﾄ ■ 電源 NJU8754 の電源は、式(1)で示されるｵｰﾃﾞｨｵ信号帯域の電流供給と出力段のｽｲｯﾁﾝｸﾞによる吐き出し/吸い込 み電流に対して安定動作する必要があります。電源端子間 VDD -VSS および VDDO -VSS のﾃﾞｶｯﾌﾟﾘﾝｸﾞｺﾝﾃﾞﾝｻは、こ れら電流によるﾘｯﾌﾟﾙを抑制するため補助的に働きます。ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ回路や使用温度に合わせて容量値を調整し ます。また、配線ｲﾝﾀﾞｸﾀﾝｽはﾃﾞｶｯﾌﾟﾘﾝｸﾞｺﾝﾃﾞﾝｻの周波数特性を劣化させます。ﾃﾞｶｯﾌﾟﾘﾝｸﾞｺﾝﾃﾞﾝｻは、高周波用 途のものから IC の近くに配置し、太く短く配線します。 ■ ﾚｲｱｳﾄ 図 8 に部品配置およびﾚｲｱｳﾄ例を示します。例では、両面基板の表面を部品面および配線に、裏面をｸﾞﾗﾝﾄﾞ ﾌﾟﾚｰﾝとしています。 NJU8754 は単一電源で動作します。VDD(端子 1)および VDDO(端子 8)は IC の近くで直結します。また、OUTP/OUTN 両端子出力特性を同じにするため、出力ﾌｨﾙﾀおよび出力部電源の部品配置と配線を対称にします。 EMI ﾉｲｽﾞ(電磁ﾉｲｽﾞ)の大きさは、高周波の電流が流れる部品および配線で囲まれた電流ﾙｰﾌﾟの面積と長さに 依存します。IC の出力電源端子とﾃﾞｶｯﾌﾟﾘﾝｸﾞｺﾝﾃﾞﾝｻで形成される電流ﾙｰﾌﾟおよび出力端子と出力ﾌｨﾙﾀで形成 される電流ﾙｰﾌﾟの面積が最小となるよう部品を配置し、太く短く配線します。 C2 C4 L1 C1 C6 C7 C3 C8 C5 L2 図 8. ﾚｲｱｳﾄ例 ﾚｲｱｳﾄ例（部品面） 部品面） Ver.2003-09-18 -7-