音频处理器MAX5406的工作原理与内部结构

引言

MAX5406是Maxim公司推出的一种音频处理器，该芯片内含双通道32阶（每级2 dB）对数式直流音量控制、分压式平衡控制、线性数字分压式低音、高音音调控制以及超低音、声像扩展和伪立体声控制电路。

MAX5406采用BiCMOS工艺，可采用简单的回弹式按钮控制所有功能，且不再需要另外的微处理器进行功能转换；芯片的控制输入端具有防抖动功能，并可根据按钮持续按动时间的长短自动切换调节速率：小于32 ms则判断为抖动而不予响应，小于1 s时仅改变1次，按钮按下并保持大于l s时，以4 Hz的速率进行调节，大于4 s则以16 Hz的速率进行调节：多个按钮同时按下则判断为误按而不予响应；器件的两套单端或差分立体声输入可相加或混合应用；上电时音量自动设定为-20 dB；使用时可选用单2.7～5.5 V或±2.7 V等操作电压；内置的被动式输入RF滤波器可防止高频信号进入扬声器，而噪声抑制功能则消除了开关机和调节过程中的可闻噪音。

MAX5406具有功能完善、操作界面友好、保真度高、线路简洁等特点，适合在汽车音响、便携式播放器、平板电视以及计算机等音响系统中应用。

1 引脚功能与内部结构

MAX5406采用48脚TSSOP和TOFN两种封装，两种封装功能相同，仅引脚排序不同。采用TSSOP48封装的MAX5406引脚名称与功能见表1所列，芯片所有输入端均被内部50 kΩ电阻上拉至逻辑电压VLOGIC。

2、工作原理

2.1 音量控制与平衡控制

通过MAX5406可实现按钮每按动一次改变2dB的对数型分压式音量电平控制。调节时。左右通道将同时升降，因而左右平衡不受影响且可保持音量开始调节时的状态。

MAX5406采用双分压计来调节左右声道的平衡。按BALR一次，右通道提升1 dB而左声道衰减1 dB，其结果将导致右声道比左声道音量大2dB，但总音量在平衡调节过程中保持不变。

2.2 音调控制

为MAX5406音调调节部分的电路结构，推荐的低音、高音转折点分别为100 Hz （低音）和10 kHz（高音），用线性分压方式可以对低音和高音进行超过±10 dB的幅度调节。其实际响应由外部元件和内部结构共同决定，并可由以下公式确定3dB点的频率：

式中，RBPOT=116 kΩ，RT=3.5 kΩ。低音、高音的转折频率为：

式中，RB为40 kΩ。给出不同的电容CB和CT就可以设计出不同的转折频率，从而使电路达到所期望的响应数值。

将BASSUP和BASSDN连接在一起可实现低音推动按钮，低音推动可将BASSUP和BASSDN锁定在0 dB和最大值之间，从而满足一些简单而不需要单独可变的低音控制功能的设计需要。

2.3 声像扩展（环绕）控制

MAX5406可以为音效盒、耳机、电脑扬声器系统以及其它一些使用时不能较宽地拉开物理距离的音频产品提供音像扩展控制功能，以使立体声声像信号展宽到超过实际扬声器距离的位置。如在使用耳机时，由于耳朵、大脑和声像扩展电路的共同作用，人们感觉到声音是超越这两个扬声器声源的空间的，其分布发自头脑的某一空间位置，事实上，在耳机内，这种空间实际是不存在的。这是通过在左右声道信号中加入了一些模拟拓展空间感的单声道成分来增大左右声道在听觉上的距离来实现的。这个功能可由MAX5406内部线路和外部网络共同完成。展宽效果可由AMB按钮锁定在展宽（full effect）和正常（normal）之间，展宽效果可由下式确定：

式中，（LIN-RIN）／4是在LMR端的输出信号，如果FL（S）=FR（S）=2（在LMR与AMBLI，AM-BRI间连接乘法器），则有：

实际上，在更高级的应用中，也可以用一个滤波网络来过滤和延迟LMR信号。

2.4 伪立体声的获得

伪立体声通常是用一个单声道信号模拟一个近似的立体声信号．可用下式决定伪立体声的效果：

式中，（LIN+RIN）／4是在LPR端的输出信号，通过在LPR与AMBLI、AMBRI间连接一个伪立体声网络可以在输出端获得伪立体声信号。

2.5 上电复位

当MAX5406的VLOGIC跌落到2.2 V以下并且又返回到2.7 V以上时，MAX5406就进行上电复位，此时音量置静音（-90 dB），如果没有检测到归零信号，电路将在经过0.7 s后以每步2 dB步进到-20 dB，而其它控制保持在0 dB位置。

2.6 关断（SHDN）与静音（MUTE）

在关断模式，MAX5406将记忆每一控制设置的位置并将输出设置在衰减的最大位置，当从关断模式返回时，所有设置均恢复原值。关断期间，器件不接受其它任何按钮的输入。

MAX5406有一个相对于满幅度衰减90dB的静音功能。静音时，所有设置均锁定在分压计的最低位置，再一次按下MUTE键时静音将解除，此时所有控制恢复静音前的设定值。

2.7 偏置发生器

MAX5406内部能产生一个（VDD+VSS）／2的偏置电压供输入放大器使用。对于通常的单电源单端输人信号，设计时应连接R1_L、L1_L、R2_L和L2_L到VBIAS，并将VSS接地。注意，不能用VBIAS为外部其它线路供电。

2.8 多按钮同时按下功能

MAX5406对于两个或多个按钮同时按下不予理睬和响应，并且只有在按钮释放50 ms后才有响应。

2.9 超低音输出

MAX5406的左右声道输入信号相加合成并滤波后可产生单声道的超低音输出信号，超低音输出是一个带通信号，可用下列公式计算带通截止频率：

式中，R-s=RRS=RLS，常值为13.8 kΩ；RCSUB常值为10.6 kΩ；CC-S=CCLS=CCRS，选择不同电容值可改变截止频率，一般选择带通滤波器的截止频率为15Hz和100 Hz。

3、功放电路

MAX5406配合MAX9754构成的功放系统应用电路。MAX9754是带有DirectDrive耳机放大器和耳机插入监测、关断功能的D类音频功放电路，其THD+N仅0.03％，单电源供电的耳机放大器，其输出对地偏置且无需隔直电容，此外，D类功放也无需输出滤波器，并可在单+5V供电时向4 Ω负载提供2.2 W（THD+N=1％）的功率，且其效率将超过80％，因而是小型播放器的理想配置。

4、结束语

MAX5406与部分常用音调控制专用集成电路的主要功能与性能比较，可以看出，MAX5406除功能完善和操作界面友好外，其电声指标也是非常优秀的。