TAS5825M音頻放大器：性能卓越，應(yīng)用廣泛

作為一名電子工程師，我們?cè)谝纛l項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，常常需要一款性能出色、功能豐富的音頻放大器。TI公司的TAS5825M音頻放大器就以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在眾多產(chǎn)品中脫穎而出。下面我將結(jié)合技術(shù)文檔，詳細(xì)剖析這款產(chǎn)品。

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一、特點(diǎn)突出，性能卓越

（一）靈活的音頻輸入輸出

TAS5825M支持32、44.1、48、88.2、96、192 kHz多種采樣率，涵蓋了常見(jiàn)的音頻采樣范圍，能適配不同的音頻數(shù)據(jù)源。它還支持I2S、LJ、RJ、TDM等多種音頻接口格式，提供SDOUT用于音頻監(jiān)控、子聲道或回聲消除，甚至支持3 - 線數(shù)字音頻接口，無(wú)需MCLK，大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。

（二）高效率的Class - D運(yùn)行

它具有超過(guò)90%的功率效率和90 mΩ 的 (R_{DS(on)})，能有效降低功率損耗。同時(shí)，在 (PVDD = 12V)時(shí)，靜態(tài)電流小于20 mA，節(jié)能效果顯著。

（三）出色的音頻表現(xiàn)

在 (PVDD = 12 V)、1 W、1 kHz的條件下，(THD + N ≤ 0.03 %)，失真度極低；(SNR ≥ 110 ~dB) (A - 加權(quán))，(ICN ≤ 35 mu VRMS)，能提供高信噪比和低噪聲的音頻輸出。

（四）豐富的處理特性

該產(chǎn)品具備3 - 頻段高級(jí)DRC + AGL、2 × 15 BQs、聲場(chǎng)空間增強(qiáng)器（SFS）、電平表等功能，支持96 - kHz、192 - kHz處理器采樣，還有動(dòng)態(tài)EQ、低音增強(qiáng)和揚(yáng)聲器熱/偏移保護(hù)等特性，為音頻處理提供了強(qiáng)大的支持。

（五）靈活的電源配置

PVDD的電壓范圍為4.5 V至26.4 V，DVDD和I/O可選擇1.8 V或3.3 V，能適應(yīng)不同的電源環(huán)境。

（六）完善的自我保護(hù)

包括過(guò)流錯(cuò)誤（OCE）、逐周期電流限制、過(guò)溫警告（OTW）、過(guò)溫錯(cuò)誤（OTE）、欠壓和過(guò)壓鎖定（UVLO/OVLO）等保護(hù)功能，能有效提高產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。

（七）易于系統(tǒng)集成

采用I2C軟件控制，減小了解決方案的尺寸。其封裝僅為5 x 5 mm，且相比于開(kāi)環(huán)設(shè)備，所需的無(wú)源元件更少，大多數(shù)應(yīng)用無(wú)需笨重的電解電容器或大型電感器。

二、應(yīng)用廣泛，場(chǎng)景多樣

TAS5825M適用于多種音頻應(yīng)用場(chǎng)景，如智能音箱（帶語(yǔ)音助手）、無(wú)線藍(lán)牙音箱、DTV、HDTV、UHD和多用途顯示器、條形音箱和低音炮、筆記本電腦、PC音箱等。無(wú)論是個(gè)人娛樂(lè)設(shè)備還是家庭影院系統(tǒng)，它都能提供出色的音頻解決方案。

三、詳細(xì)剖析，深度理解

（一）整體架構(gòu)

TAS5825M由立體聲數(shù)字到PWM調(diào)制器、音頻DSP子系統(tǒng)、靈活的閉環(huán)放大器和(I^{2} C)控制端口四個(gè)主要模塊組成。它只需兩個(gè)電源即可正常工作，DVDD為低電壓數(shù)字電路供電，PVDD為音頻放大器的輸出級(jí)供電，內(nèi)部的兩個(gè)LDO分別將PVDD轉(zhuǎn)換為5 V的GVDD和AVDD以及1.5 V的DVDD。

（二）功能特性

1. 電源供應(yīng)：除了常見(jiàn)的12 V或24 V功率級(jí)電源外，還需3.3 - V或1.8 - V電源。內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器為柵極驅(qū)動(dòng)電路和內(nèi)部電路提供合適的電壓，外部引腳僅作為芯片外旁路電容器的連接點(diǎn)。為了保證性能，所有去耦電容器應(yīng)盡可能靠近相關(guān)引腳放置，每個(gè)半橋都有獨(dú)立的自舉引腳（BST_x），需連接一個(gè)小陶瓷電容器到功率級(jí)輸出引腳（OUT_x），以實(shí)現(xiàn)自舉電路的正常工作。
2. 設(shè)備時(shí)鐘：TAS5825M的時(shí)鐘系統(tǒng)非常靈活，內(nèi)部所需的時(shí)鐘大多可以從串行音頻接口導(dǎo)出。它具有內(nèi)部PLL，可將SCLK轉(zhuǎn)換為DSP和DAC所需的更高頻率時(shí)鐘，還能自動(dòng)檢測(cè)音頻采樣率，并設(shè)置相應(yīng)的時(shí)鐘。當(dāng)輸入LRCLK/SCLK停止時(shí)，DSP會(huì)自動(dòng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，待時(shí)鐘恢復(fù)后自動(dòng)恢復(fù)播放模式，無(wú)需重新加載DSP代碼。
3. 串行音頻端口：支持多種音頻數(shù)據(jù)格式和比特深度，如標(biāo)準(zhǔn)I2S、左對(duì)齊、右對(duì)齊和TDM/DSP數(shù)據(jù)。通過(guò)寄存器可以選擇數(shù)據(jù)格式、字長(zhǎng)和數(shù)據(jù)偏移，默認(rèn)設(shè)置為I2S和24位字長(zhǎng)。同時(shí)，它還支持時(shí)鐘速率的自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)整，當(dāng)檢測(cè)到不支持的SCLK與LRCLK(FS)比率時(shí)，會(huì)在寄存器中報(bào)告時(shí)鐘錯(cuò)誤。
4. 數(shù)字音頻處理：該產(chǎn)品的DSP具有靈活的處理流程，支持多頻段DRC、后置AGL、FIR濾波器、2 * 15 BQs、空間增強(qiáng)器（立體聲擴(kuò)展）、動(dòng)態(tài)雙二階濾波器、智能音箱偏移控制、智能熱控制和智能低音控制等功能。此外，基于集成的PVDD感應(yīng)ADC和4級(jí)溫度傳感器，它還支持PVDD跟蹤（動(dòng)態(tài)余量跟蹤）、先進(jìn)的熱折返和混合調(diào)制（低功耗以延長(zhǎng)電池壽命）。
5. Class D音頻放大器：數(shù)字音頻數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)插值后，會(huì)被發(fā)送到閉環(huán)Class - D放大器的數(shù)字到PWM轉(zhuǎn)換（DPC）模塊，將立體聲音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為兩對(duì)互補(bǔ)的脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器放大器的輸出。反饋回路可確保在不同電源電壓下保持恒定增益，減少失真，并提高對(duì)電源注入噪聲和失真的免疫力。放大器的增益由數(shù)字增益和模擬增益共同構(gòu)成，增益結(jié)構(gòu)可通過(guò)寄存器進(jìn)行配置。放大器的開(kāi)關(guān)頻率也可通過(guò)寄存器進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)還提供了環(huán)路帶寬設(shè)置選項(xiàng)，以配合不同的開(kāi)關(guān)頻率，提高音頻性能。

四、操作模式，靈活多樣

（一）軟件控制

TAS5825M通過(guò)(I^{2} C)通信端口進(jìn)行配置，支持加載DSP內(nèi)存數(shù)據(jù)的兩種方法：通過(guò)主機(jī)處理器使用(I^{2} C)通信端口加載，適用于大多數(shù)應(yīng)用；通過(guò)SPI通信端口從外部EEPROM快速加載，可用于需要快速初始化或減輕主機(jī)控制器負(fù)載的應(yīng)用。

（二）揚(yáng)聲器放大器操作模式

TAS5825M有BTL模式和PBTL模式兩種放大器配置。BTL模式下，它可以放大兩個(gè)獨(dú)立的信號(hào)，分別代表立體聲信號(hào)的左右聲道；PBTL模式下，兩個(gè)輸出端并聯(lián)，可增加設(shè)備的功率輸出能力。

（三）低EMI模式

為了減少音頻播放時(shí)的電磁干擾（EMI），TAS5825M采用了多種模式，如擴(kuò)頻模式、通道間180度PWM相移和多設(shè)備PWM相位同步等。這些模式可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行選擇和配置，以達(dá)到最佳的EMI抑制效果。

（四）熱折返

熱折返（TFB）功能旨在保護(hù)TAS5825M免受過(guò)高結(jié)溫的影響。當(dāng)結(jié)溫達(dá)到過(guò)溫警告（OTW）水平時(shí)，內(nèi)部的自動(dòng)增益限制器（AGL）會(huì)逐漸降低數(shù)字增益，以防止過(guò)熱。當(dāng)溫度下降到OTW以下時(shí)，數(shù)字增益會(huì)逐漸恢復(fù)到原來(lái)的設(shè)置。衰減增益和調(diào)整速率均可編程，以滿足不同的應(yīng)用需求。

（五）設(shè)備狀態(tài)控制

除了關(guān)機(jī)模式外，TAS5825M還有深度睡眠模式、睡眠模式、輸出高阻模式和播放模式四種不同的功率耗散狀態(tài)。用戶可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，通過(guò)寄存器設(shè)置來(lái)切換設(shè)備狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和性能的平衡。

（六）設(shè)備調(diào)制

TAS5825M支持BD調(diào)制、1SPW調(diào)制和混合調(diào)制三種調(diào)制方案。BD調(diào)制適用于驅(qū)動(dòng)電感負(fù)載且揚(yáng)聲器線較短的情況，可減少開(kāi)關(guān)電流和負(fù)載中的(I^{2} R)損耗；1SPW調(diào)制通過(guò)改變調(diào)制方案提高效率，但會(huì)略微降低THD性能，需要在輸出濾波器選擇上更加注意；混合調(diào)制則旨在在不影響THD + N性能的前提下，實(shí)現(xiàn)最小的功率損耗，非常適合電池供電的應(yīng)用。

五、應(yīng)用實(shí)施，要點(diǎn)解析

（一）應(yīng)用信息

1. 電感選擇：TI要求電感的峰值電流小于OCP（過(guò)流保護(hù)）值（7.5 A）。在電源上電、音樂(lè)播放時(shí)出現(xiàn)音頻突發(fā)信號(hào)以及達(dá)到最大輸出功率這三種情況下，電感可能會(huì)出現(xiàn)高峰值電流。TI建議電感的飽和電流(I_{sat})大于電源上電和播放音頻時(shí)的放大器峰值電流，并給出了不同PVDD和開(kāi)關(guān)頻率下的最小電感值建議。
2. 自舉電容器：TAS5825M的輸出級(jí)使用高側(cè)NMOS驅(qū)動(dòng)器，需要為每個(gè)輸出端子配備自舉電容器，作為開(kāi)關(guān)周期的浮動(dòng)電源。建議使用0.47 - μF的電容器連接相應(yīng)的輸出引腳（OUT_X）和自舉引腳（BST_X）。
3. 電源去耦：為了確保高效率、低THD和高PSRR，需要對(duì)電源進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜ヱ?。電源輸入?yīng)使用大于22 μF的高質(zhì)量、低ESL、低ESR電容器進(jìn)行去耦，以旁路低頻噪聲到地平面。同時(shí)，在PVDD引腳附近應(yīng)放置1 - μF或0.1 - μF的電容器，用于高頻去耦。
4. 輸出EMI濾波：該設(shè)備通常使用低通濾波器（L - C濾波器）來(lái)濾除PWM調(diào)制輸出的載波頻率，減少電磁輻射，平滑從電源吸取的電流波形。L - C濾波器的存在和大小取決于系統(tǒng)級(jí)約束，在一些低功率、對(duì)EMI不敏感的應(yīng)用中，可以使用簡(jiǎn)單的鐵氧體磁珠或鐵氧體磁珠加電容器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大電感和電容器；在高功率應(yīng)用中，則需要使用大型環(huán)形電感和薄膜電容器。

（二）典型應(yīng)用

1. 2.0（立體聲BTL）系統(tǒng)：在2.0系統(tǒng)中，兩個(gè)聲道的音頻信號(hào)通過(guò)數(shù)字輸入進(jìn)入放大器，經(jīng)過(guò)放大后分別發(fā)送到兩個(gè)獨(dú)立的揚(yáng)聲器。該系統(tǒng)通常使用立體聲信號(hào)對(duì)，一個(gè)聲道包含左聲道音頻，另一個(gè)聲道包含右聲道音頻。文中給出了該系統(tǒng)的應(yīng)用原理圖和支持組件的要求，包括電容器、電感器和電阻器的具體參數(shù)。
2. MONO（PBTL）系統(tǒng)：在MONO模式下，TAS5825M可作為PBTL模式驅(qū)動(dòng)低音炮，提供更大的輸出功率。文中也給出了該系統(tǒng)的應(yīng)用原理圖和支持組件的要求。
3. Advanced 2.1系統(tǒng)（兩個(gè)TAS5825M設(shè)備）：在高性能系統(tǒng)中，可以使用兩個(gè)TAS5825M設(shè)備，一個(gè)用于高頻左右揚(yáng)聲器，另一個(gè)用于單聲道低音炮揚(yáng)聲器。音頻信號(hào)可以通過(guò)SDOUT引腳從一個(gè)設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€(gè)設(shè)備，也可以由中央系統(tǒng)處理器提供相同的數(shù)字輸入。

（三）電源建議

TAS5825M需要兩個(gè)電源：PVDD為揚(yáng)聲器放大器的輸出級(jí)和相關(guān)電路供電，DVDD為設(shè)備的低功率部分供電。兩個(gè)電源的上電順序沒(méi)有要求，可以任意順序上電。內(nèi)部集成了線性調(diào)節(jié)器，將PVDD轉(zhuǎn)換為GVDD和AVDD，為內(nèi)部電路提供電源。需要注意的是，這些線性調(diào)節(jié)器僅用于支持內(nèi)部電路的電流需求，不能用于為外部電路供電，否則可能會(huì)導(dǎo)致電壓下降，影響設(shè)備性能。

（四）布局要點(diǎn)

1. 布局指南：對(duì)于采用開(kāi)關(guān)輸出級(jí)的音頻放大器，其布局和周圍支持組件的布局對(duì)系統(tǒng)性能至關(guān)重要，包括熱性能、電磁兼容性（EMC）、設(shè)備可靠性和音頻性能等。應(yīng)遵循應(yīng)用部分提供的設(shè)備和組件選擇指導(dǎo)，并精確遵循布局指導(dǎo)，可根據(jù)具體應(yīng)用需求對(duì)示例布局進(jìn)行適當(dāng)修改。
2. PVDD旁路電容器放置：TAS5825M的PVDD線路上的小旁路電容器必須盡可能靠近PVDD引腳放置，否則會(huì)增加系統(tǒng)的電磁干擾，影響設(shè)備可靠性，甚至可能導(dǎo)致輸出引腳電壓超過(guò)最大允許值，損壞設(shè)備。
3. 優(yōu)化熱性能：為了實(shí)現(xiàn)最佳的解決方案尺寸、熱性能、音頻性能和電磁性能的平衡，應(yīng)遵循布局示例。避免在放大器附近放置其他發(fā)熱組件，使用更高層的PCB提供更好的散熱能力，將設(shè)備放置在PCB中心位置，避免走線和過(guò)孔阻礙熱量散發(fā)，保持接地平面的連續(xù)性，以及合理設(shè)計(jì)PCB焊盤和模板圖案等。

六、總結(jié)與思考

TAS5825M音頻放大器以其豐富的功能、出色的性能和靈活的應(yīng)用模式，為音頻工程師提供了一個(gè)強(qiáng)大而可靠的選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要充分考慮其特點(diǎn)和要求，合理選擇外部組件，優(yōu)化布局設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高性能。同時(shí)，我們也可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，靈活配置設(shè)備的參數(shù)和模式，滿足多樣化的音頻需求。大家在使用TAS5825M的過(guò)程中，是否也遇到過(guò)一些有趣的問(wèn)題或者有獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享交流。