マキシムのG級技術によって、最小限のサポート部品で圧電駆動が可能に
カリフォルニア州サニーベール—2007年1月29日—マキシム・インテグレーテッド・プロダクツ(NASDAQ：MXIM)は、圧電ラウドスピーカの大容量性負荷を駆動するように設計された、業界初のモノラル、G級アンプのMAX9788を発表しました。
セラミックの圧電スピーカを使用する主な魅力の1つにその薄い形状があります。しかし、セラミックスピーカの利点を保持するには、アンプは小型のソリューションも提供しなければなりません。さらに、バッテリ寿命は携帯電話設計で最も重要な基準の1つであり、アンプ効率も最適なオーディオソリューションには欠かせません。これらの設計上の難題に対処するため、MAX9788は新しい技術を使用して、セラミックスピーカへの給電用に高効率、小型ソリューションを提供します。
MAX9788は、反転チャージポンプ電源を内蔵しており、単一リチウムイオン(Li+)バッテリで最大16VP-Pの電圧を駆動します(図1参照)。この電圧が、インダクタを使用することなく利用可能な電源を高い効率で2倍に昇圧します。このアンプは、小型、2mm x 2.5mmのUCSP™パッケージで提供され、次世代、超薄型電子デバイスに最適です。
セラミック圧電ラウドスピーカの設計上の課題
圧電スピーカは、音の生成にワイヤコイルを動かす代わりに圧電効果に依存するトランスデューサです。4mm以上の厚さがある従来の可動コイルスピーカに比べ、標準的なセラミック圧電スピーカはわずか0.7mmの厚さで、重さは1グラム以下です。圧電スピーカに付随する小型の形状は、サイズと重さが重要な要素となるポータブルエレクトロニクス市場では非常に魅力的です。
業界では、サイズにおいて明らかに利点があるにも関わらず、圧電ラウドスピーカは広く使用されていません。良いアンプがないことが、圧電スピーカの使用を妨げる大きな要因となっています。
これらの薄型セラミックラウドスピーカは、ある程度の音圧レベルを達成するのに相応の電圧駆動を必要とします。ハンドヘルド機器では、使用される標準的なスピーカはわずか7VP-P耐圧であるのに対し、圧電スピーカは同一の音圧レベルを生成するのに、その電圧の2倍の最大15VP-Pを必要とします。ハンドヘルドアプリケーションで通常使用されるスピーカアンプはこのような高電圧を生成することができないため、この高電圧の要件はスピーカアンプにとって問題となります。また、圧電スピーカは、セラミックコンデンサに電気的に類似しています。一方、可動コイルスピーカは、電気的にインダクタに似ています。圧電スピーカは容量性の性質を持つため、周波数の増加とともに消費電流は大きくなり、標準的なスピーカは周波数の増加に応じて必要となる電流は小さくなります。この基本的な違いが、アンプの大きな課題となっています。
MAX9788の発表以前は、圧電スピーカアンプは通常インダクタベースの昇圧コンバータおよびAB級アンプを使用して必要な出力電圧を生成しました。機能はしますが、このソリューション向けのインダクタは大きな基板面積を必要とするため、高価でスペースをとるソリューションとなります。さらに、AB級アンプは非効率で、バッテリパワーを浪費します。
新たなチャージポンプによるアプローチ
MAX9788はチャージポンプ技術を使用することによって、最小限の外付け部品で、単一Li+バッテリで最大16VP-Pの電圧を駆動することができます。Li+バッテリは通常4.2V (max)を生成し、バッテリの放電とともに、最低3.0Vで動作します。マキシムのDirectDrive™技術に似た反転チャージポンプを使用し、MAX9788は、インダクタを使用することなく使用可能な電源を倍増させます。反転電源を生成するのに必要となる外付け部品は、2つの小型で安価なセラミックコンデンサのみです。
2つ目の負電源をつくることによって、MAX9788のアンプは最大±5.5Vのデュアル電源で動作し、アンプは20VP-P近く出力可能です。通常のアプリケーションでは、アンプは安定化された5Vの電源またはLi+バッテリから直接動作可能で、いずれの場合も、圧電スピーカを駆動するのに十分な電圧を生成します。
周波数応答を最大化
MAX9788は、セラミックスピーカに要求される電圧を生成するだけでなく、必要な電流も供給することができます。セラミックスピーカは、コンデンサと同じインピーダンス特性を備えています。このため、周波数が高くなるに従って、スピーカのインピーダンスは低くなります。チャージポンプが、最も電流が必要とされる高い周波数で確実に動作するよう、MAX9788は標準的なDirectDriveアンプよりも大幅に能力のあるチャージポンプを使用します。このチャージポンプは、最大500mAの連続電流を供給することができるため、アンプは高周波数において平坦な周波数応答を維持可能で、音質を最大限に向上させます。
このアプリケーションに特に適したG級技術
MAX9788は、ハンドヘルド機器に見られる標準的な5Vのアンプの代わりに10Vのアンプを使用するため、バッテリ寿命の最大化には高効率の維持が不可欠です。D級技術は高効率で、ハンドヘルド機器によく使用されますが、純粋に容量性負荷であるセラミックスピーカとはコンパチブルではありません。設計上の課題は明らかでした。MAX9788には他のものが必要でした。比較的よく知られていないアンプ技術であるG級は、最適であることが明らかになりました。
G級アンプは、G級が1つの固定電圧ではなく、複数の電源電圧を使用することを除くと、AB級アンプと同様の動作をします。入力信号は振幅が異なるため、G級のアプローチでは、出力トランジスタの電圧降下を最小限にするのに適した電源を自動的に選択します。効率は著しく向上します。通常G級アンプは2つの正の電源とグランドで動作します(図2参照)。ハイの電源は高い出力レベルに使用され、ローの電源は低い出力レベルに使用されます。
また、MAX9788は、G級技術の独自の使い方をしており、ハイとローの正の電源の代わりに、チャージポンプの反転電源を利用します。アンプが小さい出力信号を生成する時、アンプのMAX9788はバッテリ電圧とグランドを電源として使用します。このモードでは、このデバイスは標準的な5VのAB級アンプのように動作します。出力信号が電源の範囲を超えると、アンプはバッテリ電圧と反転チャージポンプ出力の使用に切り替わります。アンプは、その後、セラミックスピーカの最大音圧レベルを達成するのに十分な信号を出力します。
要約すると、MAX9788の新しいアプローチは、反転チャージポンプとG級技術を使用し、セラミック圧電ラウドスピーカに電力を供給するための、高効率、小型ソリューションを提供します。MAX9788は、現在サンプル提供可能で、次世代超薄型電子機器向けの非常に優れたソリューションです。
MAX9788は、-40℃～+85℃の温度範囲で動作します。参考価格は$0.65 (1,000個以上、FOB USA)となっています。詳細については、http://japan.maxim-ic.com/ClassG-Ampを参照してください。
図1. http://japan.maxim-ic.com/MAX9788fig1
図2. http://japan.maxim-ic.com/MAX9788fig2
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