TPA3008D2

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F E A T U R E S D E S C R I P T I O N

A P P L I C A T I O N S

10 F

220 nF 220 nF

PVCC PVCC

220 nF 220 nF

PVCC PVCC

220 pF

Left Differential

Inputs

Right DifferentialInputs

Shutdown/Mute

GainControl

BSLP

PVCCL

PVCCL

LOUTP

LOUTP

PGNDL

PGNDL

LOUTN

LOUTN

PVCCL

PVCCL

BSLN

TPA3008D2

VCLAMPRSHUTDOWN

V2P5

RINP

LINN

LINP

AVDDREF

NC

GAIN0

GAIN1

NC

NC

AVDD

AGND

COSC

ROSC

AVCC

VCLAMPL

B

SRP

PV

CCR

PV

CCR

RO

UTP

RO

UTP

PG

NDR

PG

NDR

RO

UTN

RO

UTN

PV

CCR

PV

CCR

B

SRN

RINN

AVCC

AGND

10 F

0.1 F 0.1 F

0.47 F

0.47 F

0.47 F

0.47 F

0.47 F

0.1 F 0.1 F

10 F 10 F

1 F

120 k

1 F

NC

NC

NC

FAULT

0.1 F 10 F

1 F

Control

Optional output filter for EMI suppression

T P A 3 0 0 8 D 2

S L O S 4 3 5 A M A Y 2 0 0 4 R E V I S E D J U L Y 2 0 0 4

1 0 - W S T E R E O C L A S S - D A U D I O P O W E R A M P L I F I E R

1 0 - W / C h a n n e l I n t o a n 1 6 - L o a d F r o m a T h e T P A 3 0 0 8 D 2 i s a 1 0 - W ( p e r c h a n n e l ) e f f i c i e n t , 1 7 - V S u p p l y c l a s s - D a u d i o a m p l i f i e r f o r d r i v i n g b r i d g e d - t i e d s t e r e o

s p e a k e r s . T h e T P A 3 0 0 8 D 2 c a n d r i v e s t e r e o s p e a k e r s U p t o 9 2 % E f f i c i e n t , C l a s s - D O p e r a t i o n a s l o w a s 8 . T h e h i g h e f f i c i e n c y o f t h e T P A 3 0 0 8 D 2 E l i m i n a t e s N e e d F o r H e a t s i n k s e l i m i n a t e s t h e n e e d f o r e x t e r n a l h e a t s i n k s w h e n

8 . 5 - V t o 1 8 - V S i n g l e - S u p p l y O p e r a t i o n p l a y i n g m u s i c .

F o u r S e l e c t a b l e , F i x e d G a i n S e t t i n g s T h e g a i n o f t h e a m p l i f i e r i s c o n t r o l l e d b y t w o g a i n

D i f f e r e n t i a l I n p u t s M i n i m i z e s C o m m o n - M o d e s e l e c t p i n s . T h e g a i n s e l e c t i o n s a r e 1 5 . 3 , 2 1 . 2 , 2 7 . 2 , N o i s e a n d 3 1 . 8 d B .

S p a c e - S a v i n g , T h e r m a l l y E n h a n c e d T h e o u t p u t s a r e f u l l y p r o t e c t e d a g a i n s t s h o r t s t o

P o w e r P A D P a c k a g i n g G N D , V C C , a n d o u t p u t - t o - o u t p u t s h o r t s . A f a u l t t e r - T h e r m a l a n d S h o r t - C i r c u i t P r o t e c t i o n m i n a l a l l o w s s h o r t - c i r c u i t f a u l t r e p o r t i n g a n d a u t o m a t i c

W i t h A u t o R e c o v e r y O p t i o n r e c o v e r y . T h e r m a l p r o t e c t i o n e n s u r e s t h a t t h e m a x i -

m u m j u n c t i o n t e m p e r a t u r e i s n o t e x c e e d e d . P i n o u t S i m i l a r t o T P A 3 0 0 0 D F a m i l y

L C D M o n i t o r s a n d T V s

A l l - I n - O n e P C s

P l e a s e b e a w a r e t h a t a n i m p o r t a n t n o t i c e c o n c e r n i n g a v a i l a b i l i t y , s t a n d a r d w a r r a n t y , a n d u s e i n c r i t i c a l a p p l i c a t i o n s o f T e x a s I n s t r u m e n t s s e m i c o n d u c t o r p r o d u c t s a n d d i s c l a i m e r s t h e r e t o a p p e a r s a t t h e e n d o f t h i s d a t a s h e e t .

P o w e r P A D i s a t r a d e m a r k o f T e x a s I n s t r u m e n t s .

P R O D U C T I O N D A T A i n f o r m a t i o n i s c u r r e n t a s o f p u b l i c a t i o n d a t e . C o p y r i g h t 2 0 0 4 , T e x a s I n s t r u m e n t s I n c o r p o r a t e d P r o d u c t s c o n f o r m t o s p e c i f i c a t i o n s p e r t h e t e r m s o f t h e T e x a s I n s t r u m e n t s s t a n d a r d w a r r a n t y . P r o d u c t i o n p r o c e s s i n g d o e s n o t n e c e s s a r i l y i n c l u d e t e s t i n g o f a l l p a r a m e t e r s .

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A B S O L U T E M A X I M U M R A T I N G S

D I S S I P A T I O N R A T I N G T A B L E

R E C O M M E N D E D O P E R A T I N G C O N D I T I O N S

T P A 3 0 0 8 D 2


T h e s e d e v i c e s h a v e l i m i t e d b u i l t - i n E S D p r o t e c t i o n . T h e l e a d s s h o u l d b e s h o r t e d t o g e t h e r o r t h e d e v i c e p l a c e d i n c o n d u c t i v e f o a m d u r i n g s t o r a g e o r h a n d l i n g t o p r e v e n t e l e c t r o s t a t i c d a m a g e t o t h e M O S g a t e s .

o v e r o p e r a t i n g f r e e - a i r t e m p e r a t u r e r a n g e ( u n l e s s o t h e r w i s e n o t e d ) ( 1 )

T P A 3 0 0 8 D 2

S u p p l y v o l t a g e r a n g e A V C C , P VC C - 0 . 3 V t o 2 0 V

L o a d I m p e d a n c e , R L 6

S H U T D O W N - 0 . 3 V t o V C C + 0 . 3 V I n p u t v o l t a g e r a n g e , V I

G A I N 0 , G A I N 1 , R I N N , R I N P , L I N N , L I N P - 0 . 3 V t o 6 V

C o n t i n u o u s t o t a l p o w e r d i s s i p a t i o n S e e D i s s i p a t i o n R a t i n g T a b l e

O p e r a t i n g f r e e a i r t e m p e r a t u r e r a n g e , T A - 4 0 C t o 8 5 C

O p e r a t i n g j u n c t i o n t e m p e r a t u r e r a n g e , T J - 4 0 C t o 1 5 0 C

S t o r a g e t e m p e r a t u r e r a n g e , T s t g - 6 5 C t o 1 5 0 C

L e a d t e m p e r a t u r e 1 , 6 m m ( 1 / 1 6 i n c h ) f r o m c a s e f o r 1 0 s e c o n d s 2 6 0 C

( 1 ) S t r e s s e s b e y o n d t h o s e l i s t e d u n d e r a b s o l u t e m a x i m u m r a t i n g s m a y c a u s e p e r m a n e n t d a m a g e t o t h e d e v i c e . T h e s e a r e s t r e s s r a t i n g s o n l y , a n d f u n c t i o n a l o p e r a t i o n o f t h e d e v i c e a t t h e s e o r a n y o t h e r c o n d i t i o n s b e y o n d t h o s e i n d i c a t e d u n d e r r e c o m m e n d e d o p e r a t i n g

c o n d i t i o n s i s n o t i m p l i e d . E x p o s u r e t o a b s o l u t e m a x i m u m r a t e d c o n d i t i o n s f o r e x t e n d e d p e r i o d s m a y a f f e c t d e v i c e r e l i a b i l i t y .

D E R A T I N G P A C K A G E T A 2 5 C J C F A C T O R T A = 7 0 C TA = 8 5 C

( 1 / J A )

P H P 4 . 3 W 1 . 1 4 C / W ( 1 ) 3 4 . 7 m W / C ( 1 ) 2 . 7 W 2 . 2 W

( 1 ) B a s e d o n a J E D E C h i g h - K P C B w i t h t h e P o w e r P A D s o l d e r e d t o a t h e r m a l l a n d o n t h e p r i n t e d - c i r c u i t b o a r d . S e e t h e P o w e r P A D T h e r m a l l y E n h a n c e d P a c k a g e a p p l i c a t i o n n o t e ( S L M A 0 0 2 ) . T h e P o w e r P A D m u s t b e s o l d e r e d t o t h e P C B .

T A = 2 5 C ( u n l e s s o t h e r w i s e n o t e d )

M I N M A X U N I T

S u p p l y v o l t a g e , V C C P VC C , A VC C 8 . 5 1 8 V

H i g h - l e v e l i n p u t v o l t a g e , V I H S H U T D O W N , G A I N 0 , G A I N 1 2 V

L o w - l e v e l i n p u t v o l t a g e , V I L S H U T D O W N , G A I N 0 , G A I N 1 0 . 8 V

S H U T D O W N , V I = VC C = 1 8 V 1 0 A H i g h - l e v e l i n p u t c u r r e n t , I I H

G A I N 0 , G A I N 1 , V I = 5 . 5 V , V C C = 1 8 V 1 A

S H U T D O W N , V I = 0 V , V C C = 1 8 V 1 A L o w - l e v e l i n p u t c u r r e n t , I I L

G A I N 0 , G A I N 1 , V I = 5 . 5 V , V C C = 1 8 V 1 A

H i g h - l e v e l o u t p u t v o l t a g e , V O H F A U L T , I O H = 1 0 0 A A V D D - 0 . 8 V V

L o w - l e v e l o u t p u t v o l t a g e , V O L F A U L T , I O L = - 1 0 0 A A G N D + 0 . 8 V V

F r e q u e n c y i s s e t b y s e l e c t i o n o f R O S C a n d C O S C O s c i l l a t o r f r e q u e n c y , f O S C 2 0 0 3 0 0 k H z ( s e e t h e A p p l i c a t i o n I n f o r m a t i o n S e c t i o n ) .

O p e r a t i n g f r e e a i r t e m p e r a t u r e , T A - 4 0 8 5 C

2

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A V A I L A B L E O P T I O N S

D C E L E C T R I C A L C H A R A C T E R I S T I C S

A C E L E C T R I C A L C H A R A C T E R I S T I C S

T P A 3 0 0 8 D 2


TA P A C K A G E D D E V I C E 4 8 - P I N H T Q F P ( P H P ) ( 1 )

- 4 0 C t o 8 5 C T P A 3 0 0 8 D 2 P H P

( 1 ) T h e P H P p a c k a g e i s a v a i l a b l e t a p e d a n d r e e l e d . T o o r d e r a t a p e d a n d r e e l e d p a r t , a d d t h e s u f f i x R t o t h e p a r t n u m b e r ( e . g . , T P A 3 0 0 8 D 2 P H P R ) .

T A = 2 5 C , V C C = 1 2 V , R L = 8 ( u n l e s s o t h e r w i s e n o t e d )

P A R A M E T E R T E S T C O N D I T I O N S M I N T Y P M A X U N I T

C l a s s - D o u t p u t o f f s e t v o l t a g e I N N a n d I N P c o n n e c t e d t o g e t h e r , | VO O | 2 5 5 5 m V( m e a s u r e d d i f f e r e n t i a l l y ) G a i n = 3 1 . 8 d B

V 2 P 5 2 . 5 - V B i a s v o l t a g e N o l o a d 2 . 5 V

I L = 1 0 m A , S H U T D O W N = 2 V , A VD D + 5 - V i n t e r n a l s u p p l y v o l t a g e 4 . 5 5 5 . 5 V VC C = 8 . 5 V t o 1 8 V

P S R R P o w e r s u p p l y r e j e c t i o n r a t i o V C C = 1 1 . 5 V t o 1 2 . 5 V - 7 6 d B

I C C Q u i e s c e n t s u p p l y c u r r e n t S H U T D O W N = 2 V , n o l o a d 1 1 2 2 m A Q u i e s c e n t s u p p l y c u r r e n t i n s h u t -

I C C ( S D ) S H U T D O W N = 0 V 1 . 6 2 5 A d o w n m o d e

H i g h s i d e 6 0 0 VC C = 1 2 V ,

rD S ( o n ) D r a i n - s o u r c e o n - s t a t e r e s i s t a n c e I O = 1 A , L o w s i d e 5 0 0 m TJ = 2 5 C T o t a l 1 1 0 0 1 3 0 0

G A I N 0 = 0 . 8 V 1 4 . 6 1 5 . 3 1 6 . 2 G A I N 1 = 0 . 8 V

G A I N 0 = 2 V 2 0 . 5 2 1 . 2 2 1 . 8 G G a i n d B

G A I N 0 = 0 . 8 V 2 6 . 4 2 7 . 2 2 7 . 8 G A I N 1 = 2 V

G A I N 0 = 2 V 3 1 . 1 3 1 . 8 3 2 . 5

to n T u r n o n t i m e C ( V 2 P 5 ) = 1 F , S H U T D O W N = 2 V 1 6 m s

to f f T u r n o f f t i m e C ( V 2 P 5 ) = 1 F , S H U T D O W N = 0 . 8 V 6 0 s

T A = 2 5 C , V C C = 1 2 V , R L = 8 , ( u n l e s s o t h e r w i s e n o t e d )

P A R A M E T E R T E S T C O N D I T I O N S M I N T Y P M A X U N I T

2 0 0 m V P P r i p p l e f r o m 2 0 H z t o 1 k H z , kS V R S u p p l y v o l t a g e r e j e c t i o n r a t i o - 7 0 d B G a i n = 1 5 . 6 d B , I n p u t s a c - c o u p l e d t o G N D

T H D + N = 0 . 1 3 % , f = 1 k H z , R L = 8 5

T H D + N = 1 0 % , f = 1 k H z , R L = 8 8 . 5

T H D + N = 0 . 1 6 % , f = 1 k H z , R L = 1 6 ,PO C o n t i n u o u s o u t p u t p o w e r W 5VC C = 1 7 V

T H D + N = 1 0 % , f = 1 k H z , R L = 1 6 , 1 0VC C = 1 7 V

T o t a l h a r m o n i c d i s t o r t i o n p l u s T H D + N P O = 1 W , f = 1 k H z , R L = 8 0 . 1 % n o i s e

2 0 H z t o 2 2 k H z , A - w e i g h t e d f i l t e r , Vn O u t p u t i n t e g r a t e d n o i s e f l o o r - 8 0 d B G a i n = 1 5 . 6 d B

C r o s s t a l k P O = 1 W , R L = 8 , G a i n = 1 5 . 6 d B , - 9 3 d B f = 1 k H z

M a x i m u m o u t p u t a t T H D + N < 0 . 5 % , S N R S i g n a l - t o - n o i s e r a t i o 9 7 d B

f = 1 k H z , G a i n = 1 5 . 6 d B

T h e r m a l t r i p p o i n t 1 5 0 C

T h e r m a l h y s t e r s i s 2 0 C

3

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Biasesand

References

TTL InputBuffer

(VCC Compl)

Start-up andProtection

Logic

SCDetect

Thermal

VDDok

RINP

RINN

Ramp

GeneratorCOSC

ROSC

VCCok5-V LDO

AVCCAVDD

AVDD

VDD

and

PWMMode

Logic

GainAdj.

GainControl

Deglitchand

PWM

ModeLogic

GainAdj.

LINP

LINN

GateDrive

VClampGen

GateDrive

PVCC

BSRPPVCCR(2)

ROUTP(2)

PGNDR

PGNDR

ROUTN(2)

PVCCR(2)

BSRN

GateDrive

VClampGen

GateDrive

PVCC

BSLP

PVCCL(2)

LOUTP(2)

PGNDL

PGNDL

LOUTN(2)

PVCCL(2)

BSLN

VCLAMPL

VCLAMPR

GAIN0 4To Gain Adj.

Blocks and

Start-up Logic

SHUTDOWN

V2P5

V2P5

V2P5

AVCC

AGND(2)

V2P5

V2P5

Deglitch

GAIN1

AVDDREF

FAULT

T P A 3 0 0 8 D 2


F U N C T I O N A L B L O C K D I A G R A M

4

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30

31

32

33

34

35

36

48 47 46 45 44 43 42 41 4 0 39 38 37

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

BSRN

PVCCR

PVCCR

ROUTN

ROUTN

PGNDR

PGNDR

ROUTP

ROUTP

PVCCR

PVCCR

BSRP

VCLAMPR

NC

NC

NC

NC

AGND

COSC

ROSC

AGND

VCLAMPL

SHUTDOWN

RINN

RINP

V2P5

LINP

LINN

NC

GAIN0

GAIN1

FAULT

NC

BSLN

PVCCL

PVCCL

LOUTN

LOUTN

PGNDL

PGNDL

LOUTP

LOUTP

PVCCL

PVCCL

BSLP

TPA3008D2

AVCC

AVDD

AVDDREF

T P A 3 0 0 8 D 2


P H P P A C K A G E ( T O P V I E W )

5

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T Y P I C A L C H A R A C T E R I S T I C S

0.0120 20 k100 1 k 10 k

THD+N

TotalHarmonicDistortion+Noise% VCC= 18 V,

RL= 16

Gain = 21.6 dB

f Frequency Hz

10

0.1

PO= 2.5 W

PO= 0.5 W

PO= 1 W

1

0.005

10

0.01

0.1

20 20 k100 1 k 10 k

PO= 2.5 W

THD+NTotalHarmonicDistortion+Noise%

VCC= 12 V,

RL= 16 ,

Gain = 21.6 dB

f Frequency Hz

PO= 1 W

1

PO= 0.5 W

T P A 3 0 0 8 D 2


T A B L E O F G R A P H S

F I G U R E

T H D + N T o t a l h a r m o n i c d i s t o r t i o n + n o i s e v s F r e q u e n c y 1 , 2 , 3 , 4

T H D + N T o t a l h a r m o n i c d i s t o r t i o n + n o i s e v s O u t p u t p o w e r 5 , 6

C l o s e d - l o o p r e s p o n s e 7

O u t p u t p o w e r v s S u p p l y v o l t a g e 8 , 9

E f f i c i e n c y v s O u t p u t p o w e r 1 0

E f f i c i e n c y v s T o t a l o u t p u t p o w e r 1 1

VC C S u p p l y c u r r e n t v s T o t a l o u t p u t p o w e r 1 2

C r o s s t a l k v s F r e q u e n c y 1 3

kS V R S u p p l y r i p p l e r e j e c t i o n r a t i o v s F r e q u e n c y 1 4

C M R R C o m m o m - m o d e r e j e c t i o n r a t i o v s F r e q u e n c y 1 5

T O T A L H A R M O N I C D I S T O R T I O N + N O I S E T O T A L H A R M O N I C D I S T O R T I O N + N O I S E v s v s

F R E Q U E N C Y F R E Q U E N C Y

F i g u r e 1 . F i g u r e 2 .

7

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0.005

10

0.01

0.1

20 20 k100 1 k 10 k

PO= 5 WTHD+NTotalHarmonicDistortion+N

oise% VCC= 18 V,

RL= 8,

Gain = 21.6 dB

f Frequency Hz

PO= 1 W

PO= 2.5 W1

0.01

0.1

10

20 20 k100 1 k 10 k

THD+NTotalHarmonicDistortion+N

oise% VCC= 12 V,

RL= 8

Gain = 21.6 dB

f Frequency Hz

PO= 1 W

PO= 2.5 W

PO= 0.5 W1

0.01

10

0.1

1

20m 10100 m 1


PO Output Power W

VCC= 12 V,

RL= 8,

Gain = 21.6 dB

20200 m 2

1 kHz

20

20 Hz

20 kHz

0.01

10

0.1

1

20m 10100 m 1


PO Output Power W

VCC= 18 V,

RL= 16 ,

Gain = 21.6 dB

20 Hz

20200 m 2

20 kHz

1 kHz

T P A 3 0 0 8 D 2




F i g u r e 3 . F i g u r e 4 .


O U T P U T P O W E R O U T P U T P O W E R

F i g u r e 5 . F i g u r e 6 .

8

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28

24

20

16

10 100 1k

GaindB

32

36

f Frequency Hz

40

10k

12

8

4

0 80k

VCC= 12 V,

RL= 8 ,

Gain = 32 dB

33 kHz, RC LPF

Gain

Phase

Phase

50

0

100

150

100

50

150

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

POOutputPowerW

THD+N = 10%

THD+N = 1%

RL= 16

VCC Supply Voltage V

2

3

4

5

6

7

8

9

8 9 10 11 12 13 14

THD+N = 1%

THD+N = 10%

RL= 8

VCC Supply Voltage V

POOutputPower

W

10

11

12

Power represented by dashed line

may require external heatsinking

0

10

20

30

40

50

60

70

0 1 2 3 4 5 6

PO Output Power (Per Channel) W

Efficiency%

80

90

100

7 8 9 10

VCC= 18 V,

RL= 16

T P A 3 0 0 8 D 2


O U T P U T P O W E R v s

C L O S E D - L O O P R E S P O N S E S U P P L Y V O L T A G E

F i g u r e 7 . F i g u r e 8 .

O U T P U T P O W E R E F F I C I E N C Y v s v s

S U P P L Y V O L T A G E O U T P U T P O W E R

F i g u r e 9 . F i g u r e 1 0 .

9

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0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Efficiency%

16

8

PO Total Output Power W

11 12

VCC= 12 V,LC Filter,Resistive Load,Stereo Operation

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 2 4 6 8 10 12

PO Total Output Power W

1.6

1.8

2.0

14 16 18 20

LC Filter,

Resistive Load,

Stereo Operation

SupplyCurrentA

VCC

VCC= 18 V,

RL= 16

VCC= 12 V,

RL= 16

VCC= 12 V,

RL= 8

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

20 100 1 k 10 k

Crosstalkd

B

f Frequency Hz

VCC= 12 V,

PO= 2.5 W,

Gain = 21.6 dB

RL= 8

20 k100

90

80

70

60

50

40

20 100 1 k 10 k

f Frequency Hz

kSVR

SupplyRippleReje

ctionRatiodB

VCC= 12 V,

V(RIPPLE)= 200 mVPP,

RL= 8,

Gain = 15.6 dB

20 k

30

20

10

0

T P A 3 0 0 8 D 2


E F F I C I E N C Y S U P P L Y C U R R E N T v s v s

T O T A L O U T P U T P O W E R T O T A L O U T P U T P O W E R

F i g u r e 1 1 . F i g u r e 1 2 .

C R O S S T A L K S U P P L Y R I P P L E R E J E C T I O N R A T I O v s v s


F i g u r e 1 3 . F i g u r e 1 4 .

1 0

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70

60

50

40

30

20

10

0

100 1 k 10 k20

VCC= 12 V,

Gain = 15.6 dB,

RL= 8

Output Referred

f Frequency Hz

CMRRCommon-ModeRejectionRatiodB

20 k

T P A 3 0 0 8 D 2


C O M M O N - M O D E R E J E C T I O N R A T I O v s

F R E Q U E N C Y

F i g u r e 1 5 .

1 1

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A P P L I C A T I O N I N F O R M A T I O N

220 nF 220 nF

PVCC PVCC

220 nF 220 nF

PVCC PVCC

220 pF

Right Differential

Inputs

Shutdown/Mute

BSLP

PVCCL

PVCCL

LOUTP

LOUTP

PGNDL

PGNDL

LOUTN

LOUTN

PVCCL

PVCCL

BSLN

TPA3008D2

VCLAMPRSHUTDOWN

V2P5

RINP

LINN

LINP

AVDDREF

NC

GAIN0

GAIN1

NC

NC

AVDD

AGND

COSC

ROSC

AVCC

VCLAMPL

BSRP

PVCCR

PVCCR

ROUTP

ROUTP

PGNDR

PGNDR

ROUTN

ROUTN

PVCCR

PVCCR

BSRN

RINN

AVCC

AGND

10 F10 F

0.1 F 0.1 F

0.47 F

0.47 F

0.47 F

0.47 F

0.47 F

0.1 F 0.1 F

10 F 10 F

1 F

120 k

1 F

NC

NC

NC

FAULT

0.1 F 10 F

1 F

Control

Left Differential

Inputs

Gain

Control

1 nF1 nF

Chip ferrite bead (example: Fair-Rite 251206700743) shown for EMI suppression.

1 nF1 nF

Fault Reporting

T P A 3 0 0 8 D 2


F i g u r e 1 6 . S t e r e o C l a s s - D W i t h D i f f e r e n t i a l I n p u t s

1 2

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C L A S S - D O P E R A T I O N

T r a d i t i o n a l C l a s s - D M o d u l a t i o n S c h e m e

0 V

12 V

+12 V

Current

OUTP

Differential Voltage

Across Load

OUTN

T P A 3 0 0 8 D 2 M o d u l a t i o n S c h e m e

T P A 3 0 0 8 D 2


A P P L I C A T I O N I N F O R M A T I O N ( c o n t i n u e d )

T h i s s e c t i o n f o c u s e s o n t h e c l a s s - D o p e r a t i o n o f t h e T P A 3 0 0 8 D 2 .

T h e t r a d i t i o n a l c l a s s - D m o d u l a t i o n s c h e m e , w h i c h i s u s e d i n t h e T P A 0 3 2 D 0 x f a m i l y , h a s a d i f f e r e n t i a l o u t p u t w h e r e e a c h o u t p u t i s 1 8 0 d e g r e e s o u t o f p h a s e a n d c h a n g e s f r o m g r o u n d t o t h e s u p p l y v o l t a g e , V C C . T h e r e f o r e , t h e d i f f e r e n t i a l p r e f i l t e r e d o u t p u t v a r i e s b e t w e e n p o s i t i v e a n d n e g a t i v e V C C , w h e r e f i l t e r e d 5 0 % d u t y c y c l e y i e l d s 0 V a c r o s s t h e l o a d . T h e t r a d i t i o n a l c l a s s - D m o d u l a t i o n s c h e m e w i t h v o l t a g e a n d c u r r e n t w a v e f o r m s i s s h o w n i n F i g u r e 1 7 . N o t e t h a t e v e n a t a n a v e r a g e o f 0 V a c r o s s t h e l o a d ( 5 0 % d u t y c y c l e ) , t h e c u r r e n t t o t h e l o a d i s h i g h , c a u s i n g h i g h l o s s a n d t h u s c a u s i n g a h i g h s u p p l y c u r r e n t .

F i g u r e 1 7 . T r a d i t i o n a l C l a s s - D M o d u l a t i o n S c h e m e ' s O u t p u t V o l t a g e a n d C u r r e n t W a v e f o r m s I n t o a n I n d u c t i v e L o a d W i t h N o I n p u t

T h e T P A 3 0 0 8 D 2 u s e s a m o d u l a t i o n s c h e m e t h a t s t i l l h a s e a c h o u t p u t s w i t c h i n g f r o m 0 t o t h e s u p p l y v o l t a g e . H o w e v e r , O U T P a n d O U T N a r e n o w i n p h a s e w i t h e a c h o t h e r w i t h n o i n p u t . T h e d u t y c y c l e o f O U T P i s g r e a t e r t h a n 5 0 % a n d O U T N i s l e s s t h a n 5 0 % f o r p o s i t i v e o u t p u t v o l t a g e s . T h e d u t y c y c l e o f O U T P i s l e s s t h a n 5 0 % a n d O U T N i s g r e a t e r t h a n 5 0 % f o r n e g a t i v e o u t p u t v o l t a g e s . T h e v o l t a g e a c r o s s t h e l o a d s i t s a t 0 V t h r o u g h o u t m o s t o f t h e s w i t c h i n g p e r i o d , g r e a t l y r e d u c i n g t h e s w i t c h i n g c u r r e n t , w h i c h r e d u c e s a n y I 2 R l o s s e s i n t h e l o a d .

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0 V

12 V

+12 V

Current

OUTP

OUTN

Differential

Voltage

Across

Load

0 V

12 V

+12 V

Current

OUTP

OUTN

Differential

Voltage

Across

Load

Output = 0 V

Output > 0 V

E f f i c i e n c y : L C F i l t e r R e q u i r e d W i t h t h e T r a d i t i o n a l C l a s s - D M o d u l a t i o n S c h e m e

T P A 3 0 0 8 D 2



F i g u r e 1 8 . T h e T P A 3 0 0 8 D 2 O u t p u t V o l t a g e a n d C u r r e n t W a v e f o r m s I n t o a n I n d u c t i v e L o a d

T h e m a i n r e a s o n t h a t t h e t r a d i t i o n a l c l a s s - D a m p l i f i e r n e e d s a n o u t p u t f i l t e r i s t h a t t h e s w i t c h i n g w a v e f o r m r e s u l t s i n m a x i m u m c u r r e n t f l o w . T h i s c a u s e s m o r e l o s s i n t h e l o a d , w h i c h c a u s e s l o w e r e f f i c i e n c y . T h e r i p p l e c u r r e n t i s l a r g e f o r t h e t r a d i t i o n a l m o d u l a t i o n s c h e m e , b e c a u s e t h e r i p p l e c u r r e n t i s p r o p o r t i o n a l t o v o l t a g e m u l t i p l i e d b y t h e t i m e a t t h a t v o l t a g e . T h e d i f f e r e n t i a l v o l t a g e s w i n g i s 2 x V C C , a n d t h e t i m e a t e a c h v o l t a g e i s h a l f t h e p e r i o d f o r t h e t r a d i t i o n a l m o d u l a t i o n s c h e m e . A n i d e a l L C f i l t e r i s n e e d e d t o s t o r e t h e r i p p l e c u r r e n t f r o m e a c h h a l f c y c l e f o r t h e n e x t h a l f c y c l e , w h i l e a n y r e s i s t a n c e c a u s e s p o w e r d i s s i p a t i o n . T h e s p e a k e r i s b o t h r e s i s t i v e a n d r e a c t i v e , w h e r e a s a n L C f i l t e r i s a l m o s t p u r e l y r e a c t i v e .

T h e T P A 3 0 0 8 D 2 m o d u l a t i o n s c h e m e h a s l i t t l e l o s s i n t h e l o a d w i t h o u t a f i l t e r b e c a u s e t h e p u l s e s a r e s h o r t a n d t h e c h a n g e i n v o l t a g e i s V C C i n s t e a d o f 2 x V C C . A s t h e o u t p u t p o w e r i n c r e a s e s , t h e p u l s e s w i d e n , m a k i n g t h e r i p p l e c u r r e n t l a r g e r . R i p p l e c u r r e n t c o u l d b e f i l t e r e d w i t h a n L C f i l t e r f o r i n c r e a s e d e f f i c i e n c y , b u t f o r m o s t a p p l i c a t i o n s t h e f i l t e r i s n o t n e e d e d .

A n L C f i l t e r w i t h a c u t o f f f r e q u e n c y l e s s t h a n t h e c l a s s - D s w i t c h i n g f r e q u e n c y a l l o w s t h e s w i t c h i n g c u r r e n t t o f l o w t h r o u g h t h e f i l t e r i n s t e a d o f t h e l o a d . T h e f i l t e r h a s l e s s r e s i s t a n c e t h a n t h e s p e a k e r , w h i c h r e s u l t s i n l e s s p o w e r d i s s i p a t i o n , t h e r e f o r e i n c r e a s i n g e f f i c i e n c y .

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E f f e c t s o f A p p l y i n g a S q u a r e W a v e I n t o a S p e a k e r

Efficiency (theoretical, %) R

L

RL r

ds(on) 100% 8

(8 1.3) 100% 86%

( 1 )

P(total)

PO

Efficiency

8.5 W0.86

9.88 W( 2 )

Other losses P(total)

(measured)P(total)

(theoretical) 10.49 9.88 0.61 W( 3 )

P(dis)

0.61 W (12 V 22 mA) 0.35 W( 4 )

W h e n t o U s e a n O u t p u t F i l t e r f o r E M I S u p p r e s s i o n

T P A 3 0 0 8 D 2



A u d i o s p e c i a l i s t s h a v e a d v i s e d f o r y e a r s n o t t o a p p l y a s q u a r e w a v e t o s p e a k e r s . I f t h e a m p l i t u d e o f t h e w a v e f o r m i s h i g h e n o u g h a n d t h e f r e q u e n c y o f t h e s q u a r e w a v e i s w i t h i n t h e b a n d w i d t h o f t h e s p e a k e r , t h e s q u a r e w a v e c o u l d c a u s e t h e v o i c e c o i l t o j u m p o u t o f t h e a i r g a p a n d / o r s c a r t h e v o i c e c o i l . A 2 5 0 - k H z s w i t c h i n g f r e q u e n c y , h o w e v e r , d o e s n o t s i g n i f i c a n t l y m o v e t h e v o i c e c o i l , a s t h e c o n e m o v e m e n t i s p r o p o r t i o n a l t o 1 / f 2 f o rf r e q u e n c i e s b e y o n d t h e a u d i o b a n d .

D a m a g e m a y o c c u r i f t h e v o i c e c o i l c a n n o t h a n d l e t h e a d d i t i o n a l h e a t g e n e r a t e d f r o m t h e h i g h - f r e q u e n c y s w i t c h i n g c u r r e n t . T h e a m o u n t o f p o w e r d i s s i p a t e d i n t h e s p e a k e r m a y b e e s t i m a t e d b y f i r s t c o n s i d e r i n g t h e o v e r a l l e f f i c i e n c y o f t h e s y s t e m . I f t h e o n - r e s i s t a n c e ( r d s ( o n ) ) o f t h e o u t p u t t r a n s i s t o r s i s c o n s i d e r e d t o c a u s e t h e d o m i n a n t l o s s i n t h e s y s t e m , t h e n t h e m a x i m u m t h e o r e t i c a l e f f i c i e n c y f o r t h e T P A 3 0 0 8 D 2 w i t h a n 8 - l o a d i s a s f o l l o w s :

T h e m a x i m u m m e a s u r e d o u t p u t p o w e r i s a p p r o x i m a t e l y 8 . 5 W w i t h a n 1 2 - V p o w e r s u p p l y . T h e t o t a l t h e o r e t i c a l p o w e r s u p p l i e d ( P ( t o t a l ) ) f o r t h i s w o r s t - c a s e c o n d i t i o n w o u l d t h e r e f o r e b e a s f o l l o w s :

T h e e f f i c i e n c y m e a s u r e d i n t h e l a b u s i n g a n 8 - s p e a k e r w a s 8 1 % . T h e p o w e r n o t a c c o u n t e d f o r a s d i s s i p a t e d a c r o s s t h e r D S ( o n ) m a y b e c a l c u l a t e d b y s i m p l y s u b t r a c t i n g t h e t h e o r e t i c a l p o w e r f r o m t h e m e a s u r e d p o w e r :

T h e q u i e s c e n t s u p p l y c u r r e n t a t 1 2 V i s m e a s u r e d t o b e 2 2 m A . I t c a n b e a s s u m e d t h a t t h e q u i e s c e n t c u r r e n t e n c a p s u l a t e s a l l r e m a i n i n g l o s s e s i n t h e d e v i c e , i . e . , b i a s i n g a n d s w i t c h i n g l o s s e s . I t m a y b e a s s u m e d t h a t a n y r e m a i n i n g p o w e r i s d i s s i p a t e d i n t h e s p e a k e r a n d i s c a l c u l a t e d a s f o l l o w s :

N o t e t h a t t h e s e c a l c u l a t i o n s a r e f o r t h e w o r s t - c a s e c o n d i t i o n o f 8 . 5 W d e l i v e r e d t o t h e s p e a k e r . B e c a u s e t h e 0 . 3 5 W i s o n l y 4 % o f t h e p o w e r d e l i v e r e d t o t h e s p e a k e r , i t m a y b e c o n c l u d e d t h a t t h e a m o u n t o f p o w e r a c t u a l l y d i s s i p a t e d i n t h e s p e a k e r i s r e l a t i v e l y i n s i g n i f i c a n t . F u r t h e r m o r e , t h i s p o w e r d i s s i p a t e d i s w e l l w i t h i n t h e s p e c i f i c a t i o n s o f m o s t l o u d s p e a k e r d r i v e r s i n a s y s t e m , a s t h e p o w e r r a t i n g i s t y p i c a l l y s e l e c t e d t o h a n d l e t h e p o w e r g e n e r a t e d f r o m a c l i p p i n g w a v e f o r m .

D e s i g n t h e T P A 3 0 0 8 D 2 w i t h o u t t h e f i l t e r i f t h e t r a c e s f r o m a m p l i f i e r t o s p e a k e r a r e s h o r t ( < 5 0 c m ) . P o w e r e d s p e a k e r s , w h e r e t h e s p e a k e r i s i n t h e s a m e e n c l o s u r e a s t h e a m p l i f i e r , i s a t y p i c a l a p p l i c a t i o n f o r c l a s s - D w i t h o u t a f i l t e r .

M o s t a p p l i c a t i o n s r e q u i r e a f e r r i t e b e a d f i l t e r . T h e f e r r i t e f i l t e r r e d u c e s E M I a r o u n d 1 M H z a n d h i g h e r ( F C C a n d C E o n l y t e s t r a d i a t e d e m i s s i o n s g r e a t e r t h a n 3 0 M H z ) . W h e n s e l e c t i n g a f e r r i t e b e a d , c h o o s e o n e w i t h h i g h i m p e d a n c e a t h i g h f r e q u e n c i e s , b u t l o w i m p e d a n c e a t l o w f r e q u e n c i e s .

U s e a L C o u t p u t f i l t e r i f t h e r e a r e l o w f r e q u e n c y ( < 1 M H z ) E M I - s e n s i t i v e c i r c u i t s a n d / o r t h e r e a r e l o n g w i r e s f r o m t h e a m p l i f i e r t o t h e s p e a k e r .

W h e n b o t h a n L C f i l t e r a n d a f e r r i t e b e a d f i l t e r a r e u s e d , t h e L C f i l t e r s h o u l d b e p l a c e d a s c l o s e a s p o s s i b l e t o t h e I C f o l l o w e d b y t h e f e r r i t e b e a d f i l t e r .

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0.1 F

0.1 F

0.47 F

33 H

33 H

OUTP

OUTN

L1

L2

C1

C2

C3

1 nF

Ferrite

Chip Bead

OUTP

OUTN

Ferrite

Chip Bead

1 nF

G a i n s e t t i n g v i a G A I N 0 a n d G A I N 1 i n p u t s

I N P U T R E S I S T A N C E

T P A 3 0 0 8 D 2



F i g u r e 1 9 . T y p i c a l L C O u t p u t F i l t e r , C u t o f f F r e q u e n c y o f 2 7 k H z , S p e a k e r I m p e d a n c e = 8

F i g u r e 2 0 . T y p i c a l F e r r i t e C h i p B e a d F i l t e r ( C h i p b e a d e x a m p l e : F a i r - R i t e 2 5 1 2 0 6 7 0 0 7 Y 3 )

T h e g a i n o f t h e T P A 3 0 0 8 D 2 i s s e t b y t w o i n p u t t e r m i n a l s , G A I N 0 a n d G A I N 1 .

T h e g a i n s l i s t e d i n T a b l e 1 a r e r e a l i z e d b y c h a n g i n g t h e t a p s o n t h e i n p u t r e s i s t o r s i n s i d e t h e a m p l i f i e r . T h i s c a u s e s t h e i n p u t i m p e d a n c e ( Z i) t o b e d e p e n d e n t o n t h e g a i n s e t t i n g . T h e a c t u a l g a i n s e t t i n g s a r e c o n t r o l l e d b y r a t i o s o f r e s i s t o r s , s o t h e g a i n v a r i a t i o n f r o m p a r t - t o - p a r t i s s m a l l . H o w e v e r , t h e i n p u t i m p e d a n c e m a y s h i f t b y

2 0 % d u e t o s h i f t s i n t h e a c t u a l r e s i s t a n c e o f t h e i n p u t r e s i s t o r s . F o r d e s i g n p u r p o s e s , t h e i n p u t n e t w o r k ( d i s c u s s e d i n t h e n e x t s e c t i o n ) s h o u l d b e d e s i g n e d a s s u m i n g a n i n p u t i m p e d a n c e o f 2 6 k , w h i c h i s t h e a b s o l u t e m i n i m u m i n p u t i m p e d a n c e o f t h e T P A 3 0 0 8 D 2 . A t t h e l o w e r g a i n s e t t i n g s , t h e i n p u t i m p e d a n c e c o u l d i n c r e a s e a s h i g h a s 1 6 5 k

T a b l e 1 . G a i n S e t t i n g

I N P U T I M P E D A N C E A M P L I F I E R G A I N ( d B )

( k )G A I N 1 G A I N 0

T Y P T Y P

0 0 1 5 . 3 1 3 7

0 1 2 1 . 2 8 8

1 0 2 7 . 2 5 2

1 1 3 1 . 8 3 3

E a c h g a i n s e t t i n g i s a c h i e v e d b y v a r y i n g t h e i n p u t r e s i s t a n c e o f t h e a m p l i f i e r t h a t c a n r a n g e f r o m i t s s m a l l e s t v a l u e , 3 3 k , t o t h e l a r g e s t v a l u e , 1 3 7 k . A s a r e s u l t , i f a s i n g l e c a p a c i t o r i s u s e d i n t h e i n p u t h i g h - p a s s f i l t e r , t h e - 3 d B o r c u t o f f f r e q u e n c y c h a n g e s w h e n c h a n g i n g g a i n s t e p s .

1 6

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CiIN

Zi

Zf

Input

Signal

f1

2 ZiCi ( 5 )

I N P U T C A P A C I T O R , C I

fc 1

2ZiCi

3 dB

fc ( 6 )

Ci 1

2Zifc ( 7 )

P o w e r S u p p l y D e c o u p l i n g , C S

T P A 3 0 0 8 D 2


T h e - 3 - d B f r e q u e n c y c a n b e c a l c u l a t e d u s i n g E q u a t i o n 5 . U s e T a b l e 1 f o r Z i v a l u e s .

I n t h e t y p i c a l a p p l i c a t i o n , a n i n p u t c a p a c i t o r ( C i) i s r e q u i r e d t o a l l o w t h e a m p l i f i e r t o b i a s t h e i n p u t s i g n a l t o t h e p r o p e r d c l e v e l f o r o p t i m u m o p e r a t i o n . I n t h i s c a s e , C i a n d t h e i n p u t i m p e d a n c e o f t h e a m p l i f i e r ( Z i) f o r m a h i g h - p a s s f i l t e r w i t h t h e c o r n e r f r e q u e n c y d e t e r m i n e d i n E q u a t i o n 6 .

T h e v a l u e o f C i i s i m p o r t a n t , a s i t d i r e c t l y a f f e c t s t h e b a s s ( l o w - f r e q u e n c y ) p e r f o r m a n c e o f t h e c i r c u i t . C o n s i d e r t h e e x a m p l e w h e r e Z i i s 1 3 7 k a n d t h e s p e c i f i c a t i o n c a l l s f o r a f l a t b a s s r e s p o n s e d o w n t o 2 0 H z . E q u a t i o n 6 i s r e c o n f i g u r e d a s E q u a t i o n 7 .

I n t h i s e x a m p l e , C i i s 5 8 n F ; s o , o n e w o u l d l i k e l y c h o o s e a v a l u e o f 0 . 1 F a s t h i s v a l u e i s c o m m o n l y u s e d . I f t h e g a i n i s k n o w n a n d i s c o n s t a n t , u s e Z i f r o m T a b l e 1 t o c a l c u l a t e C i. A f u r t h e r c o n s i d e r a t i o n f o r t h i s c a p a c i t o r i s t h e l e a k a g e p a t h f r o m t h e i n p u t s o u r c e t h r o u g h t h e i n p u t n e t w o r k ( C i) a n d t h e f e e d b a c k n e t w o r k t o t h e l o a d . T h i s l e a k a g e c u r r e n t c r e a t e s a d c o f f s e t v o l t a g e a t t h e i n p u t t o t h e a m p l i f i e r t h a t r e d u c e s u s e f u l h e a d r o o m , e s p e c i a l l y i n h i g h g a i n a p p l i c a t i o n s . F o r t h i s r e a s o n , a l o w - l e a k a g e t a n t a l u m o r c e r a m i c c a p a c i t o r i s t h e b e s t c h o i c e . W h e n p o l a r i z e d c a p a c i t o r s a r e u s e d , t h e p o s i t i v e s i d e o f t h e c a p a c i t o r s h o u l d f a c e t h e a m p l i f i e r i n p u t i n m o s t a p p l i c a t i o n s a s t h e d c l e v e l t h e r e i s h e l d a t 2 . 5 V , w h i c h i s l i k e l y h i g h e r t h a n t h e s o u r c e d c l e v e l . N o t e t h a t i t i s i m p o r t a n t t o c o n f i r m t h e c a p a c i t o r p o l a r i t y i n t h e a p p l i c a t i o n .

F o r t h e b e s t p o p p e r f o r m a n c e , C I s h o u l d b e l e s s t h a n o r e q u a l t o 1 F .

T h e T P A 3 0 0 8 D 2 i s a h i g h - p e r f o r m a n c e C M O S a u d i o a m p l i f i e r t h a t r e q u i r e s a d e q u a t e p o w e r s u p p l y d e c o u p l i n g t o e n s u r e t h a t t h e o u t p u t t o t a l h a r m o n i c d i s t o r t i o n ( T H D ) i s a s l o w a s p o s s i b l e . P o w e r s u p p l y d e c o u p l i n g a l s o p r e v e n t s o s c i l l a t i o n s f o r l o n g l e a d l e n g t h s b e t w e e n t h e a m p l i f i e r a n d t h e s p e a k e r . T h e o p t i m u m d e c o u p l i n g i s a c h i e v e d b y u s i n g t w o c a p a c i t o r s o f d i f f e r e n t t y p e s t h a t t a r g e t d i f f e r e n t t y p e s o f n o i s e o n t h e p o w e r s u p p l y l e a d s . F o r h i g h e r f r e q u e n c y t r a n s i e n t s , s p i k e s , o r d i g i t a l h a s h o n t h e l i n e , a g o o d l o w e q u i v a l e n t - s e r i e s - r e s i s t a n c e ( E S R ) c e r a m i c c a p a c i t o r , t y p i c a l l y 0 . 1 F p l a c e d a s c l o s e a s p o s s i b l e t o t h e d e v i c e V C C l e a d w o r k s b e s t . F o r f i l t e r i n g l o w e r f r e q u e n c y n o i s e s i g n a l s , a l a r g e r a l u m i n u m e l e c t r o l y t i c c a p a c i t o r o f 1 0 F o r g r e a t e r p l a c e d n e a r t h e a u d i o p o w e r a m p l i f i e r i s r e c o m m e n d e d . T h e 1 0 - F c a p a c i t o r a l s o s e r v e s a s l o c a l s t o r a g e c a p a c i t o r f o r s u p p l y i n g c u r r e n t d u r i n g l a r g e s i g n a l t r a n s i e n t s o n t h e a m p l i f i e r o u t p u t s .

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B S N a n d B S P C a p a c i t o r s

V C L A M P C a p a c i t o r s

I n t e r n a l R e g u l a t e d 5 - V S u p p l y ( A V D D )

D i f f e r e n t i a l I n p u t

S H U T D O W N O P E R A T I O N

U S I N G L O W - E S R C A P A C I T O R S

T P A 3 0 0 8 D 2


T h e f u l l H - b r i d g e o u t p u t s t a g e s u s e o n l y N M O S t r a n s i s t o r s . T h e r e f o r e , t h e y r e q u i r e b o o t s t r a p c a p a c i t o r s f o r t h e h i g h s i d e o f e a c h o u t p u t t o t u r n o n c o r r e c t l y . A 2 2 0 - n F c e r a m i c c a p a c i t o r , r a t e d f o r a t l e a s t 2 5 V , m u s t b e c o n n e c t e d f r o m e a c h o u t p u t t o i t s c o r r e s p o n d i n g b o o t s t r a p i n p u t . S p e c i f i c a l l y , o n e 2 2 0 - n F c a p a c i t o r m u s t b e c o n n e c t e d f r o m x O U T P t o x B S P , a n d o n e 2 2 0 - n F c a p a c i t o r m u s t b e c o n n e c t e d f r o m x O U T N t o x B S N . ( S e e t h e a p p l i c a t i o n c i r c u i t d i a g r a m i n F i g u r e 1 6 . )

T h e b o o t s t r a p c a p a c i t o r s c o n n e c t e d b e t w e e n t h e B S x x p i n s a n d c o r r e s p o n d i n g o u t p u t f u n c t i o n a s a f l o a t i n g p o w e r s u p p l y f o r t h e h i g h - s i d e N - c h a n n e l p o w e r M O S F E T g a t e d r i v e c i r c u i t r y . D u r i n g e a c h h i g h - s i d e s w i t c h i n g c y c l e , t h e b o o t s t r a p c a p a c i t o r s h o l d t h e g a t e - t o - s o u r c e v o l t a g e h i g h e n o u g h t o k e e p t h e h i g h - s i d e M O S F E T s t u r n e d o n .

T o e n s u r e t h a t t h e m a x i m u m g a t e - t o - s o u r c e v o l t a g e f o r t h e N M O S o u t p u t t r a n s i s t o r s i s n o t e x c e e d e d , t w o i n t e r n a l r e g u l a t o r s c l a m p t h e g a t e v o l t a g e . T w o 1 - F c a p a c i t o r s m u s t b e c o n n e c t e d f r o m V C L A M P L ( p i n 2 5 ) a n d V C L A M P R ( p i n 3 6 ) t o g r o u n d a n d m u s t b e r a t e d f o r a t l e a s t 2 5 V . T h e v o l t a g e s a t t h e V C L A M P t e r m i n a l s v a r y w i t h V C C a n d m a y n o t b e u s e d f o r p o w e r i n g a n y o t h e r c i r c u i t r y .

T h e A V D D

t e r m i n a l ( p i n 2 9 ) i s t h e o u t p u t o f a n i n t e r n a l l y g e n e r a t e d 5 - V s u p p l y , u s e d f o r t h e o s c i l l a t o r , p r e a m p l i f i e r , a n d v o l u m e c o n t r o l c i r c u i t r y . I t r e q u i r e s a 1 - F c a p a c i t o r , p l a c e d c l o s e t o t h e p i n , t o k e e p t h e r e g u l a t o r s t a b l e .

T h i s r e g u l a t e d v o l t a g e c a n b e u s e d t o c o n t r o l G A I N 0 a n d G A I N 1 t e r m i n a l s , b u t s h o u l d n o t b e u s e d t o d r i v e e x t e r n a l c i r c u i t r y .

T h e d i f f e r e n t i a l i n p u t s t a g e o f t h e a m p l i f i e r c a n c e l s a n y n o i s e t h a t a p p e a r s o n b o t h i n p u t l i n e s o f t h e c h a n n e l . T o u s e t h e T P A 3 0 0 8 D 2 w i t h a d i f f e r e n t i a l s o u r c e , c o n n e c t t h e p o s i t i v e l e a d o f t h e a u d i o s o u r c e t o t h e I N P i n p u t a n d t h e n e g a t i v e l e a d f r o m t h e a u d i o s o u r c e t o t h e I N N i n p u t . T o u s e t h e T P A 3 0 0 8 D 2 w i t h a s i n g l e - e n d e d s o u r c e , a c g r o u n d t h e I N P o r I N N i n p u t t h r o u g h a c a p a c i t o r e q u a l i n v a l u e t o t h e i n p u t c a p a c i t o r o n I N N o r I N P a n d a p p l y t h e a u d i o s o u r c e t o e i t h e r i n p u t . I n a s i n g l e - e n d e d i n p u t a p p l i c a t i o n , t h e u n u s e d i n p u t s h o u l d b e a c g r o u n d e d a t t h e a u d i o s o u r c e i n s t e a d o f a t t h e d e v i c e i n p u t f o r b e s t n o i s e p e r f o r m a n c e .

T h e T P A 3 0 0 8 D 2 e m p l o y s a s h u t d o w n m o d e o f o p e r a t i o n d e s i g n e d t o r e d u c e s u p p l y c u r r e n t ( I C C ) t o t h e a b s o l u t e m i n i m u m l e v e l d u r i n g p e r i o d s o f n o n u s e f o r p o w e r c o n s e r v a t i o n . T h e S H U T D O W N i n p u t t e r m i n a l s h o u l d b e h e l d h i g h ( s e e s p e c i f i c a t i o n t a b l e f o r t r i p p o i n t ) d u r i n g n o r m a l o p e r a t i o n w h e n t h e a m p l i f i e r i s i n u s e . P u l l i n g S H U T D O W N l o w c a u s e s t h e o u t p u t s t o m u t e a n d t h e a m p l i f i e r t o e n t e r a l o w - c u r r e n t s t a t e . N e v e r l e a v e S H U T D O W N u n c o n n e c t e d , b e c a u s e a m p l i f i e r o p e r a t i o n w o u l d b e u n p r e d i c t a b l e .

F o r t h e b e s t p o w e r - o f f p o p p e r f o r m a n c e , p l a c e t h e a m p l i f i e r i n t h e s h u t d o w n m o d e p r i o r t o r e m o v i n g t h e p o w e r s u p p l y v o l t a g e .

L o w - E S R c a p a c i t o r s a r e r e c o m m e n d e d t h r o u g h o u t t h i s a p p l i c a t i o n s e c t i o n . A r e a l ( a s o p p o s e d t o i d e a l ) c a p a c i t o r

c a n b e m o d e l e d s i m p l y a s a r e s i s t o r i n s e r i e s w i t h a n i d e a l c a p a c i t o r . T h e v o l t a g e d r o p a c r o s s t h i s r e s i s t o r m i n i m i z e s t h e b e n e f i c i a l e f f e c t s o f t h e c a p a c i t o r i n t h e c i r c u i t . T h e l o w e r t h e e q u i v a l e n t v a l u e o f t h i s r e s i s t a n c e , t h e m o r e t h e r e a l c a p a c i t o r b e h a v e s l i k e a n i d e a l c a p a c i t o r .

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S H O R T - C I R C U I T P R O T E C T I O N A N D A U T O M A T I C R E C O V E R Y F E A T U R E

T H E R M A L P R O T E C T I O N

P R I N T E D - C I R C U I T B O A R D ( P C B ) L A Y O U T

T P A 3 0 0 8 D 2


T h e T P A 3 0 0 8 D 2 h a s s h o r t - c i r c u i t p r o t e c t i o n c i r c u i t r y o n t h e o u t p u t s t h a t p r e v e n t s d a m a g e t o t h e d e v i c e d u r i n g o u t p u t - t o - o u t p u t s h o r t s , o u t p u t - t o - G N D s h o r t s , a n d o u t p u t - t o - V C C s h o r t s . W h e n a s h o r t c i r c u i t i s d e t e c t e d o n t h e o u t p u t s , t h e p a r t i m m e d i a t e l y d i s a b l e s t h e o u t p u t d r i v e . T h i s i s a l a t c h e d f a u l t a n d m u s t b e r e s e t b y c y c l i n g t h e v o l t a g e o n t h e S H U T D O W N p i n t o a l o g i c l o w a n d b a c k t o t h e l o g i c h i g h s t a t e f o r n o r m a l o p e r a t i o n . T h i s c l e a r s t h e s h o r t - c i r c u i t f l a g a n d a l l o w s f o r n o r m a l o p e r a t i o n i f t h e s h o r t w a s r e m o v e d . I f t h e s h o r t w a s n o t r e m o v e d , t h e

p r o t e c t i o n c i r c u i t r y a g a i n a c t i v a t e s . T h e f a u l t t e r m i n a l c a n b e u s e d f o r a u t o m a t i c r e c o v e r y f r o m a s h o r t - c i r c u i t e v e n t , o r u s e d t o m o n i t o r t h e s t a t u s w i t h a n e x t e r n a l G P I O .

T h e r m a l p r o t e c t i o n o n t h e T P A 3 0 0 8 D 2 p r e v e n t s d a m a g e t o t h e d e v i c e w h e n t h e i n t e r n a l d i e t e m p e r a t u r e e x c e e d s 1 5 0 C . T h e r e i s a 1 5 d e g r e e t o l e r a n c e o n t h i s t r i p p o i n t f r o m d e v i c e t o d e v i c e . O n c e t h e d i e t e m p e r a t u r e e x c e e d s t h e t h e r m a l s e t p o i n t , t h e d e v i c e e n t e r s i n t o t h e s h u t d o w n s t a t e a n d t h e o u t p u t s a r e d i s a b l e d . T h i s i s n o t a l a t c h e d f a u l t . T h e t h e r m a l f a u l t i s c l e a r e d o n c e t h e t e m p e r a t u r e o f t h e d i e i s r e d u c e d b y 2 0 C . T h e d e v i c e b e g i n s n o r m a l o p e r a t i o n a t t h i s p o i n t w i t h n o e x t e r n a l s y s t e m i n t e r a c t i o n .

B e c a u s e t h e T P A 3 0 0 8 D 2 i s a c l a s s - D a m p l i f i e r t h a t s w i t c h e s a t a h i g h f r e q u e n c y , t h e l a y o u t o f t h e p r i n t e d - c i r c u i t b o a r d ( P C B ) s h o u l d b e o p t i m i z e d a c c o r d i n g t o t h e f o l l o w i n g g u i d e l i n e s f o r t h e b e s t p o s s i b l e p e r f o r m a n c e .

D e c o u p l i n g c a p a c i t o r s T h e h i g h - f r e q u e n c y 0 . 1 - F d e c o u p l i n g c a p a c i t o r s s h o u l d b e p l a c e d a s c l o s e t o t h e P V C C ( p i n s 1 4 , 1 5 , 2 2 , 2 3 , 3 8 , 3 9 , 4 6 , a n d 4 7 ) a n d A V C C ( p i n 3 3 ) t e r m i n a l s a s p o s s i b l e . T h e V 2 P 5 ( p i n 4 ) c a p a c i t o r , A V D D ( p i n 2 9 ) c a p a c i t o r , a n d V C L A M P ( p i n s 2 5 a n d 3 6 ) c a p a c i t o r s h o u l d a l s o b e p l a c e d a s c l o s e t o t h e d e v i c e a s p o s s i b l e . L a r g e ( 1 0 F o r g r e a t e r ) b u l k p o w e r s u p p l y d e c o u p l i n g c a p a c i t o r s s h o u l d b e p l a c e d n e a r t h e T P A 3 0 0 8 D 2 o n t h e P V C C L , P V C C R , a n d A V C C t e r m i n a l s .

G r o u n d i n g T h e A V C C ( p i n 3 3 ) d e c o u p l i n g c a p a c i t o r , A V D D ( p i n 2 9 ) c a p a c i t o r , V 2 P 5 ( p i n 4 ) c a p a c i t o r , C O S C ( p i n 2 8 ) c a p a c i t o r , a n d R O S C ( p i n 2 7 ) r e s i s t o r s h o u l d e a c h b e g r o u n d e d t o a n a l o g g r o u n d ( A G N D , p i n s 2 6 a n d 3 0 ) . T h e P V C C d e c o u p l i n g c a p a c i t o r s s h o u l d e a c h b e g r o u n d e d t o p o w e r g r o u n d ( P G N D , p i n s 1 8 , 1 9 , 4 2 , a n d 4 3 ) . A n a l o g g r o u n d a n d p o w e r g r o u n d m a y b e c o n n e c t e d a t t h e P o w e r P A D , w h i c h s h o u l d b e u s e d a s a c e n t r a l g r o u n d c o n n e c t i o n o r s t a r g r o u n d f o r t h e T P A 3 0 0 8 D 2 . B a s i c a l l y , a n i s l a n d s h o u l d b e c r e a t e d w i t h a s i n g l e c o n n e c t i o n t o P G N D a t t h e P o w e r P A D .

O u t p u t f i l t e r T h e f e r r i t e E M I f i l t e r ( F i g u r e 2 0 ) s h o u l d b e p l a c e d a s c l o s e t o t h e o u t p u t t e r m i n a l s a s p o s s i b l e f o r t h e b e s t E M I p e r f o r m a n c e . T h e L C f i l t e r ( F i g u r e 1 9 ) s h o u l d b e p l a c e d c l o s e t o t h e o u t p u t s . T h e c a p a c i t o r s u s e d i n b o t h t h e f e r r i t e a n d L C f i l t e r s s h o u l d b e g r o u n d e d t o p o w e r g r o u n d . I f b o t h f i l t e r s a r e u s e d , t h e L C f i l t e r s h o u l d b e p l a c e d f i r s t , f o l l o w i n g t h e o u t p u t s .

P o w e r P A D T h e P o w e r P A D m u s t b e s o l d e r e d t o t h e P C B f o r p r o p e r t h e r m a l p e r f o r m a n c e a n d o p t i m a l r e l i a b i l i t y . T h e d i m e n s i o n s o f t h e P o w e r P A D t h e r m a l l a n d s h o u l d b e 5 m m b y 5 m m ( 1 9 7 m i l s b y 1 9 7 m i l s ) . T h e P o w e r P A D s i z e m e a s u r e s 4 , 5 5 x 4 , 5 5 m m . F o u r r o w s o f s o l i d v i a s ( f o u r v i a s p e r r o w , 0 , 3 3 0 2 m m o r 1 3 m i l s d i a m e t e r ) s h o u l d b e e q u a l l y s p a c e d u n d e r n e a t h t h e t h e r m a l l a n d . T h e v i a s s h o u l d c o n n e c t t o a s o l i d c o p p e r p l a n e , e i t h e r o n a n i n t e r n a l l a y e r o r o n t h e b o t t o m l a y e r o f t h e P C B . T h e v i a s m u s t b e s o l i d v i a s , n o t t h e r m a l r e l i e f o r w e b b e d v i a s . F o r a d d i t i o n a l i n f o r m a t i o n , s e e t h e P o w e r P A D T h e r m a l l y E n h a n c e d P a c k a g e a p p l i c a t i o n n o t e , ( S L M A 0 0 2 ) .

F o r a n e x a m p l e l a y o u t , s e e t h e T P A 3 0 0 8 D 2 E v a l u a t i o n M o d u l e ( T P A 3 0 0 8 D 2 E V M ) U s e r M a n u a l , ( S L O U 1 6 5 ) . B o t h t h e E V M u s e r m a n u a l a n d t h e P o w e r P A D a p p l i c a t i o n n o t e a r e a v a i l a b l e o n t h e T I W e b s i t e a t h t t p : / / w w w . t i . c o m .

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B A S I C M E A S U R E M E N T S Y S T E M

T P A 3 0 0 8 D 2


T h i s a p p l i c a t i o n n o t e f o c u s e s o n m e t h o d s t h a t u s e t h e b a s i c e q u i p m e n t l i s t e d b e l o w :

A u d i o a n a l y z e r o r s p e c t r u m a n a l y z e r

D i g i t a l m u l t i m e t e r ( D M M )

O s c i l l o s c o p e

T w i s t e d - p a i r w i r e s

S i g n a l g e n e r a t o r

P o w e r r e s i s t o r ( s )

L i n e a r r e g u l a t e d p o w e r s u p p l y

F i l t e r c o m p o n e n t s

E V M o r o t h e r c o m p l e t e a u d i o c i r c u i t

F i g u r e 2 1 s h o w s t h e b l o c k d i a g r a m s o f b a s i c m e a s u r e m e n t s y s t e m s f o r c l a s s - A B a n d c l a s s - D a m p l i f i e r s . A s i n e w a v e i s n o r m a l l y u s e d a s t h e i n p u t s i g n a l b e c a u s e i t c o n s i s t s o f t h e f u n d a m e n t a l f r e q u e n c y o n l y ( n o o t h e r h a r m o n i c s a r e p r e s e n t ) . A n a n a l y z e r i s t h e n c o n n e c t e d t o t h e A P A o u t p u t t o m e a s u r e t h e v o l t a g e o u t p u t . T h e a n a l y z e r m u s t b e c a p a b l e o f m e a s u r i n g t h e e n t i r e a u d i o b a n d w i d t h . A r e g u l a t e d d c p o w e r s u p p l y i s u s e d t o r e d u c e t h e n o i s e a n d d i s t o r t i o n i n j e c t e d i n t o t h e A P A t h r o u g h t h e p o w e r p i n s . A S y s t e m T w o a u d i o m e a s u r e m e n t s y s t e m ( A P - I I ) ( R e f e r e n c e 1 ) b y A u d i o P r e c i s i o n i n c l u d e s t h e s i g n a l g e n e r a t o r a n d a n a l y z e r i n o n e p a c k a g e .

T h e g e n e r a t o r o u t p u t a n d a m p l i f i e r i n p u t m u s t b e a c - c o u p l e d . H o w e v e r , t h e E V M s a l r e a d y h a v e t h e a c - c o u p l i n g c a p a c i t o r s , ( C I N ) , s o n o a d d i t i o n a l c o u p l i n g i s r e q u i r e d . T h e g e n e r a t o r o u t p u t i m p e d a n c e s h o u l d b e l o w t o a v o i d a t t e n u a t i n g t h e t e s t s i g n a l , a n d i s i m p o r t a n t b e c a u s e t h e i n p u t r e s i s t a n c e o f A P A s i s n o t h i g h . C o n v e r s e l y , t h e a n a l y z e r - i n p u t i m p e d a n c e s h o u l d b e h i g h . T h e o u t p u t i m p e d a n c e , R O U T , o f t h e A P A i s n o r m a l l y i n t h e h u n d r e d s o f m i l l i o h m s a n d c a n b e i g n o r e d f o r a l l b u t t h e p o w e r - r e l a t e d c a l c u l a t i o n s .

F i g u r e 2 1 ( a ) s h o w s a c l a s s - A B a m p l i f i e r s y s t e m . I t t a k e s a n a n a l o g s i g n a l i n p u t a n d p r o d u c e s a n a n a l o g s i g n a l o u t p u t . T h i s a m p l i f i e r c i r c u i t c a n b e d i r e c t l y c o n n e c t e d t o t h e A P - I I o r o t h e r a n a l y z e r i n p u t .

T h i s i s n o t t r u e o f t h e c l a s s - D a m p l i f i e r s y s t e m s h o w n i n F i g u r e 2 1 ( b ) , w h i c h r e q u i r e s l o w - p a s s f i l t e r s i n m o s t c a s e s i n o r d e r t o m e a s u r e t h e a u d i o o u t p u t w a v e f o r m s . T h i s i s b e c a u s e i t t a k e s a n a n a l o g i n p u t s i g n a l a n d c o n v e r t s i t i n t o a p u l s e - w i d t h m o d u l a t e d ( P W M ) o u t p u t s i g n a l t h a t i s n o t a c c u r a t e l y p r o c e s s e d b y s o m e a n a l y z e r s .

2 0

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Analyzer20 Hz 20 kHz

(a) Basic ClassAB

APASignalGenerator

Power Supply

Analyzer20 Hz 20 kHz

RL

(b) Filter-Free and Traditional Class-D

Class-D APASignalGenerator

Power Supply

RL

Low-Pass RCFilter

Low-Pass RCFilter

(A)

(A) For efficiency measurements with filter-free class-D, RLshould be an inductive load like a speaker.

D I F F E R E N T I A L I N P U T A N D B T L O U T P U T

T P A 3 0 0 8 D 2


F i g u r e 2 1 . A u d i o M e a s u r e m e n t S y s t e m s

T h e T P A 3 0 0 8 D 2 u s e s a m o d u l a t i o n s c h e m e t h a t d o e s n o t r e q u i r e a n o u t p u t f i l t e r f o r o p e r a t i o n , b u t t h e y d o s o m e t i m e s r e q u i r e a n R C l o w - p a s s f i l t e r w h e n m a k i n g m e a s u r e m e n t s . T h i s i s b e c a u s e s o m e a n a l y z e r i n p u t s c a n n o t a c c u r a t e l y p r o c e s s t h e r a p i d l y c h a n g i n g s q u a r e - w a v e o u t p u t a n d t h e r e f o r e r e c o r d a n e x t r e m e l y h i g h l e v e l o f d i s t o r t i o n . T h e R C l o w - p a s s m e a s u r e m e n t f i l t e r i s u s e d t o r e m o v e t h e m o d u l a t e d w a v e f o r m s s o t h e a n a l y z e r c a n m e a s u r e t h e o u t p u t s i n e w a v e .

A l l o f t h e c l a s s - D A P A s a n d m a n y c l a s s - A B A P A s h a v e d i f f e r e n t i a l i n p u t s a n d b r i d g e - t i e d l o a d ( B T L ) o u t p u t s . D i f f e r e n t i a l i n p u t s h a v e t w o i n p u t p i n s p e r c h a n n e l a n d a m p l i f y t h e d i f f e r e n c e i n v o l t a g e b e t w e e n t h e p i n s . D i f f e r e n t i a l i n p u t s r e d u c e t h e c o m m o n - m o d e n o i s e a n d d i s t o r t i o n o f t h e i n p u t c i r c u i t . B T L i s a t e r m c o m m o n l y u s e d i n a u d i o t o d e s c r i b e d i f f e r e n t i a l o u t p u t s . B T L o u t p u t s h a v e t w o o u t p u t p i n s p r o v i d i n g v o l t a g e s t h a t a r e 1 8 0 d e g r e e s o u t o f p h a s e . T h e l o a d i s c o n n e c t e d b e t w e e n t h e s e p i n s . T h i s h a s t h e a d d e d b e n e f i t s o f q u a d r u p l i n g t h e o u t p u t p o w e r t o t h e l o a d a n d e l i m i n a t i n g a d c b l o c k i n g c a p a c i t o r .

A b l o c k d i a g r a m o f t h e m e a s u r e m e n t c i r c u i t i s s h o w n i n F i g u r e 2 2 . T h e d i f f e r e n t i a l i n p u t i s a b a l a n c e d i n p u t , m e a n i n g t h e p o s i t i v e ( + ) a n d n e g a t i v e ( - ) p i n s h a v e t h e s a m e i m p e d a n c e t o g r o u n d . S i m i l a r l y , t h e B T L o u t p u t e q u a t e s t o a b a l a n c e d o u t p u t .

2 1

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CIN

Audio PowerAmplifier

Generator

LowPassRC Filter

CIN

RGEN

RGEN RIN

RIN

VGENR

OUT

ROUT

Analyzer

RANA

RANA

CANA

LowPassRC Filter

RL

CANA

Twisted-Pair Wire

Evaluation Module

Twisted-Pair Wire

C L A S S - D R C L O W - P A S S F I L T E R

T P A 3 0 0 8 D 2


F i g u r e 2 2 . D i f f e r e n t i a l I n p u t , B T L O u t p u t M e a s u r e m e n t C i r c u i t

T h e g e n e r a t o r s h o u l d h a v e b a l a n c e d o u t p u t s , a n d t h e s i g n a l s h o u l d b e b a l a n c e d f o r b e s t r e s u l t s . A n u n b a l a n c e d o u t p u t c a n b e u s e d , b u t i t m a y c r e a t e a g r o u n d l o o p t h a t a f f e c t s t h e m e a s u r e m e n t a c c u r a c y . T h e a n a l y z e r m u s t a l s o h a v e b a l a n c e d i n p u t s f o r t h e s y s t e m t o b e f u l l y b a l a n c e d , t h e r e b y c a n c e l l i n g o u t a n y c o m m o n - m o d e n o i s e i n t h e c i r c u i t a n d p r o v i d i n g t h e m o s t a c c u r a t e m e a s u r e m e n t .

T h e f o l l o w i n g g e n e r a l r u l e s s h o u l d b e f o l l o w e d w h e n c o n n e c t i n g t o A P A s w i t h d i f f e r e n t i a l i n p u t s a n d B T L o u t p u t s : U s e a b a l a n c e d s o u r c e t o s u p p l y t h e i n p u t s i g n a l .

U s e a n a n a l y z e r w i t h b a l a n c e d i n p u t s .

U s e t w i s t e d - p a i r w i r e f o r a l l c o n n e c t i o n s .

U s e s h i e l d i n g w h e n t h e s y s t e m e n v i r o n m e n t i s n o i s y .

E n s u r e t h a t t h e c a b l e s f r o m t h e p o w e r s u p p l y t o t h e A P A , a n d f r o m t h e A P A t o t h e l o a d , c a n h a n d l e t h e l a r g e c u r r e n t s ( s e e T a b l e 2 ) .

T a b l e 2 s h o w s t h e r e c o m m e n d e d w i r e s i z e f o r t h e p o w e r s u p p l y a n d l o a d c a b l e s o f t h e A P A s y s t e m . T h e r e a l c o n c e r n i s t h e d c o r a c p o w e r l o s s t h a t o c c u r s a s t h e c u r r e n t f l o w s t h r o u g h t h e c a b l e . T h e s e r e c o m m e n d a t i o n s a r e b a s e d o n 1 2 - i n c h l o n g w i r e w i t h a 2 0 - k H z s i n e - w a v e s i g n a l a t 2 5 C .

T a b l e 2 . R e c o m m e n d e d M i n i m u m W i r e S i z e f o r P o w e r C a b l e s

D C P O W E R L O S S A C P O W E R L O S S PO U T ( W ) R L ( ) A W G S i z e ( M W ) ( M W )

1 0 4 1 8 2 2 1 6 4 0 1 8 4 2

2 4 1 8 2 2 3 . 2 8 3 . 7 8 . 5

1 8 2 2 2 8 2 8 2 . 1 8 . 1

< 0 . 7 5 8 2 2 2 8 1 . 5 6 . 1 1 . 6 6 . 2

A n R C f i l t e r i s u s e d t o r e d u c e t h e s q u a r e - w a v e o u t p u t w h e n t h e a n a l y z e r i n p u t s c a n n o t p r o c e s s t h e p u l s e - w i d t h m o d u l

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