TI的音頻放大器之TAS5411-Q1：高效又可靠的D類功放

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第六節(jié)TAS5411-Q1：高效又可靠的D類功放

前面的五節(jié)談及了接口、電源兩方面的內(nèi)容，在最后一節(jié)，我們把重點(diǎn)放在性命攸關(guān)的緊急呼叫系統(tǒng)（ecall）。本節(jié)內(nèi)容將會(huì)探討緊急呼叫（ecall）系統(tǒng)的音頻部分，也會(huì)為大家選擇音頻放大器提供一些建議，并且會(huì)介紹TI在汽車應(yīng)用（如T-BOX中）的D類音頻放大器明星產(chǎn)品。

許多政府機(jī)構(gòu)已經(jīng)考慮在汽車中必須安裝緊急呼叫（eCall）系統(tǒng)。如果發(fā)生嚴(yán)重的交通事故，eCall系統(tǒng)將自動(dòng)與緊急救援人員聯(lián)系，將GPS定位發(fā)送到當(dāng)?shù)鼐o急救援服務(wù)部門，并無(wú)線發(fā)送安全氣囊和碰撞傳感器信息。據(jù)歐盟委員會(huì)反饋，eCall將減少50％的緊急救援服務(wù)響應(yīng)時(shí)間，從而能夠減少人們受傷的嚴(yán)重程度甚至挽救生命。

圖1為典型的eCall系統(tǒng)框圖，有時(shí)候也會(huì)稱之為遠(yuǎn)程信息處理控制單元。有以下幾個(gè)點(diǎn)需要注意：

音頻信號(hào)的輸入和輸出通常會(huì)合并在一個(gè)編解碼器（CODEC）中，CODEC包括一個(gè)ADC和一個(gè)DAC。TI的TLV320AIC3104-Q1也是這么一款低功耗的CODEC，可幫助電池節(jié)省能量、延長(zhǎng)通話時(shí)間。在極少數(shù)情況下，音頻處理部分也會(huì)由兩個(gè)ADC或兩個(gè)DAC組成。

音頻信號(hào)路徑一般通過(guò)口頭電話將駕駛員連接到緊急服務(wù)，因此大多數(shù)系統(tǒng)總共只需要一個(gè)通道。這意味著只需要一個(gè)麥克風(fēng)、一個(gè)ADC、一個(gè)DAC、一個(gè)D類功放和一個(gè)揚(yáng)聲器。

CODEC本身可以集成嵌入式miniDSP，用于在數(shù)字域中進(jìn)行音頻處理。帶有miniDSP的CODEC可減輕處理器計(jì)算的負(fù)擔(dān)。

在某些情況下，可能不需要CODEC，例如如果使用的是數(shù)字麥克風(fēng)可以直接連接到處理器。盡管實(shí)現(xiàn)最大的抗擾度所需的成本更高，但通過(guò)使用數(shù)字輸入D類音頻放大器，音頻信號(hào)路徑可以一直保持?jǐn)?shù)字狀態(tài)直至到達(dá)放大器。

ADC（集成于CODEC內(nèi)部）將來(lái)自外部的模擬音頻輸入轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并饋入系統(tǒng)的處理器。

在輸出端，DAC（集成于CODEC內(nèi)部）將來(lái)自處理器的數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。

由于DAC的輸出信號(hào)電壓以及電流較低，驅(qū)動(dòng)能力較弱，因此需要音頻放大器提供更高電壓、電流以及驅(qū)動(dòng)功能，以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器系統(tǒng)發(fā)聲。

eCall系統(tǒng)由備用電池供電運(yùn)行，因此即使發(fā)生事故中斷了與汽車電池的連接，它仍能正常工作。

音頻功率放大器將診斷的結(jié)果持續(xù)發(fā)送給處理器。

音頻放大器：AB類與D類

音頻放大器通常有兩種選擇：AB類或D類。

AB類音頻放大器是當(dāng)今汽車音頻的標(biāo)準(zhǔn)。它屬于線性放大器，不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾（EMI），并且不需要很多外部電子組件。但是，它效率極低，并且需要加入大量的被動(dòng)式或主動(dòng)式散熱管理，例如散熱器和風(fēng)扇。

另一方面，D類音頻放大器是高效的開關(guān)放大器，幾乎不需要散熱管理。但是，它們確實(shí)需要加輸出電感來(lái)改善EMI問(wèn)題。

eCall系統(tǒng)中音頻放大器的設(shè)計(jì)權(quán)衡

eCall系統(tǒng)的備用電池為音頻放大器的選擇提出了一個(gè)有趣的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)：如何在采用必需的且可能很昂貴的備用電池的同時(shí)降低成本？（備用電池可能由一個(gè)或多個(gè)具有不同電池化學(xué)成分的單個(gè)電池組成。）

前面提到，AB類音頻放大器不會(huì)產(chǎn)生EMI，并且不需要許多外圍電子組件，但是它們的效率非常低。這意味著在eCall系統(tǒng)中，備用電池產(chǎn)生的電荷大部分會(huì)作為熱量消耗掉。這種低效率帶來(lái)了很高的成本：因?yàn)樵S多eCall系統(tǒng)要求緊急救援服務(wù)與駕駛員之間的“通話時(shí)間”在10到20分鐘，使用AB類放大器的系統(tǒng)可能需要額外的電池才能滿足此要求。

而D類放大器的高效特性使其非常適合用于eCall系統(tǒng)；它們的高效意味著電量較低的電池（如果選擇正確的化學(xué)成分，可能僅需單節(jié)電池）也足夠?yàn)閑Call系統(tǒng)供電。這樣可以顯著降低系統(tǒng)總成本以及重量和尺寸。

除了需要考慮效率問(wèn)題以外，eCall設(shè)計(jì)人員還需要考慮eCall系統(tǒng)在發(fā)生事故后是否仍然可以正常工作。集成了診斷功能的D類音頻放大器可以將診斷結(jié)果傳送給處理器。

在發(fā)生事故的情況下，集成診斷功能有助于判斷揚(yáng)聲器是否仍處于連接狀態(tài)，以便駕駛員與緊急救援服務(wù)之間進(jìn)行口頭交流?；蛘撸绻诎l(fā)生事故情況下?lián)P聲器的連接意外斷開，則可以幫助緊急救援服務(wù)人員得知駕駛員的健康狀況無(wú)法通過(guò)口頭確認(rèn)。

助力于T-BOX的TAS5411-Q1

與AB類放大器相比，TI車規(guī)級(jí)D類放大器的高效特性可以減少昂貴的高電量電池的使用，從而減少散熱并降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。

TAS5411-Q1是具有集成診斷和保護(hù)功能的D類8W音頻放大器。不僅效率高有助于節(jié)省電池電量，而且在事故導(dǎo)致?lián)P聲器斷開連接的情況下可以檢測(cè)到空載。除此之外，它還有以下特點(diǎn)：

輸入電壓范圍為4.5-18V。在負(fù)載為4Ω且THD+N小于10%時(shí)的輸出功率為8W，效率可達(dá)83%。

單聲道橋接負(fù)載(BTL) D類功率放大器，支持差分模擬輸入。

采用可調(diào)功率限制器的Speaker Guard? 揚(yáng)聲器保護(hù)。

75dB電源紋波抑制比(PSRR)。

負(fù)載診斷功能

負(fù)載開路或短路；

輸出到電源和輸出到接地短接。

保護(hù)和監(jiān)控功能

短路保護(hù)；

40V負(fù)載突降保護(hù)，符合ISO-7637-2標(biāo)準(zhǔn) ；

在音樂(lè)播放的同時(shí)進(jìn)行輸出直流電平檢測(cè)；

過(guò)熱保護(hù)；

過(guò)壓及欠壓保護(hù)。

當(dāng)然除了TAS5411-Q1之外，TI還有更多Class D的音頻放大器可供選擇，如下表1所示

表-1D類功放選型

綜上所述，在汽車應(yīng)用如T-BOX中，TI的Class D音頻功放如TAS5411-Q1，高效又可靠，是性命攸關(guān)的eCall系統(tǒng)的絕佳搭檔，能為您的出行保駕護(hù)航！

審核編輯：金巧