TAS5733L數(shù)字輸入音頻功率放大器設(shè)計指南

在音頻設(shè)備設(shè)計領(lǐng)域，找到一款性能卓越且功能豐富的音頻功率放大器至關(guān)重要。TAS5733L作為一款高效的數(shù)字輸入音頻放大器，在LCD TV、LED TV以及低成本音頻設(shè)備等應(yīng)用中表現(xiàn)出色。今天我們就來深入探討一下TAS5733L的各項特性、功能以及設(shè)計要點(diǎn)。

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一、TAS5733L特性概覽

音頻輸入輸出特性

• 支持多種音頻格式與采樣率：TAS5733L具備單立體聲串行音頻輸入，支持44.1kHz和48kHz采樣率，涵蓋LJ/RJ/I2S格式。還支持3線I2S模式，無需MCLK，且能自動檢測音頻端口速率。
• 靈活的配置模式：支持BTL和PBTL配置，在PVDD = 12V、8Ω、1kHz的條件下，P_OUT可達(dá)10W（THD + N = 10%）。

音頻/PWM處理特性

• 精準(zhǔn)的音量控制：擁有獨(dú)立聲道音量控制，增益范圍從24dB到靜音，以0.125dB為步長進(jìn)行調(diào)節(jié)。
• 智能的自動增益限制：具備可編程的三頻段自動增益限制（AGL）功能，可根據(jù)音頻信號動態(tài)調(diào)整增益。
• 豐富的音頻處理功能：配備20個可編程雙二階濾波器，用于揚(yáng)聲器均衡和其他音頻處理，提升音頻質(zhì)量。

通用特性

• 出色的信噪比：A加權(quán)下，信噪比可達(dá)104dB，滿量程參考（0dB）。
• 可靠的控制與保護(hù)：采用I2C串行控制接口，有兩個地址可選，具備過熱、短路和欠壓保護(hù)功能，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。
• 高效的功率轉(zhuǎn)換：效率高達(dá)90%，有效降低功耗。

二、TAS5733L功能詳解

音頻信號處理流程

TAS5733L的音頻處理流程包括直流阻塞、左右聲道混合、均衡、多頻段AGL以及主音量調(diào)節(jié)等環(huán)節(jié)。輸入的音頻信號首先經(jīng)過直流阻塞濾波器去除直流分量，然后通過左右聲道混合器進(jìn)行聲道調(diào)整。接著，信號進(jìn)入均衡器，利用20個可編程雙二階濾波器進(jìn)行音頻特性調(diào)整。多頻段AGL對不同頻段的音頻信號進(jìn)行自動增益限制，確保音頻輸出穩(wěn)定。最后，經(jīng)過主音量調(diào)節(jié)后，信號進(jìn)入PWM調(diào)制階段。

時鐘、自動檢測和PLL

作為I2S從設(shè)備，TAS5733L接受MCLK、SCLK和LRCK。數(shù)字音頻處理器（DAP）支持時鐘控制寄存器中定義的所有采樣率和MCLK速率。設(shè)備會自動檢測時鐘信號，當(dāng)檢測到時鐘變化或錯誤時，會及時靜音音頻并切換到內(nèi)部振蕩器作為參考時鐘，待時鐘穩(wěn)定后恢復(fù)正常運(yùn)行。

PWM部分

TAS5733L的DAP使用噪聲整形和定制的非線性校正算法，配合四階噪聲整形器，提高音頻頻段的動態(tài)范圍和信噪比。PWM部分接受24位PCM數(shù)據(jù)，輸出兩個BTL PWM音頻輸出通道。同時，PWM部分還設(shè)有獨(dú)立通道的直流阻塞濾波器，可按需啟用或禁用，濾波器截止頻率小于1Hz，并且具備可調(diào)的最大調(diào)制限制，范圍從93.8%到99.2%，當(dāng)PVDD > 14.5V時，調(diào)制指數(shù)需限制在96.1%以確保安全可靠運(yùn)行。

自動增益限制器（AGL）

AGL方案包含三個AGL模塊，分別對高、中、低頻段的左右聲道進(jìn)行處理。每個AGL模塊都有可調(diào)的閾值電平、可編程的攻擊和衰減時間常數(shù)，能實現(xiàn)專業(yè)級別的動態(tài)范圍壓縮，自動調(diào)整音量以平衡音量水平。

故障指示

ADR/FAULT引腳在開機(jī)時為輸入引腳，開機(jī)完成后可通過I2C配置為輸出引腳。當(dāng)出現(xiàn)過流、欠壓、過熱或過壓等故障導(dǎo)致設(shè)備關(guān)機(jī)時，該引腳會拉低，同時在寄存器0x02的D1位提供該引腳的鎖存版本，此位只能通過I2C寫入進(jìn)行復(fù)位。

SSTIMER引腳功能

SSTIMER引腳通過連接一個電容到地，控制設(shè)備在退出全聲道關(guān)機(jī)時的輸出占空比。電容通過內(nèi)部電流源緩慢充電，充電時間決定了輸出從接近零占空比過渡到期望占空比的速率，從而實現(xiàn)平滑過渡，減少可聽的“砰砰”聲和“咔嗒”聲。在設(shè)備關(guān)機(jī)時，驅(qū)動器進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，并通過內(nèi)部3kΩ電阻緩慢過渡，同樣能減少噪聲。

設(shè)備保護(hù)系統(tǒng)

• 過流保護(hù)：在所有高端和低端功率級FET上設(shè)有獨(dú)立、快速反應(yīng)的電流檢測器，密切監(jiān)測輸出電流，防止超過過流閾值。當(dāng)輸出電流超過閾值時，設(shè)備關(guān)機(jī)，輸出轉(zhuǎn)為關(guān)斷或高阻抗?fàn)顟B(tài)，故障排除后恢復(fù)正常運(yùn)行。
• 過溫保護(hù)：具備過溫保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)設(shè)備結(jié)溫超過150°C（標(biāo)稱值）時，設(shè)備進(jìn)入熱關(guān)機(jī)狀態(tài)，所有半橋輸出進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，若ADR/FAULT引腳配置為故障輸出，則會拉低。當(dāng)結(jié)溫下降約30°C時，設(shè)備自動恢復(fù)。
• 欠壓保護(hù)和上電復(fù)位：UVP和POR電路在任何上電/掉電和電壓驟降情況下都能全面保護(hù)設(shè)備。上電時，POR電路復(fù)位過載電路（OLP），確保PVDD和AVDD電源電壓分別達(dá)到7.6V和2.7V時所有電路完全正常工作。若PVDD電源電壓降至UVP閾值以下，保護(hù)功能會立即將所有半橋輸出設(shè)置為高阻抗?fàn)顟B(tài)，并拉低ADR/FAULT引腳。

三、TAS5733L編程要點(diǎn)

I2C串行控制接口

TAS5733L采用雙向I2C接口，兼容Inter IC（I2C）總線協(xié)議，支持100kHz和400kHz的數(shù)據(jù)傳輸速率，用于單字節(jié)和多字節(jié)的讀寫操作。該設(shè)備為從設(shè)備，不支持多主總線環(huán)境或插入等待狀態(tài)?？刂平涌谟糜趯υO(shè)備寄存器進(jìn)行編程和讀取設(shè)備狀態(tài)。

串行接口控制和時序

• 串行數(shù)據(jù)輸入：串行數(shù)據(jù)通過SDIN輸入，DAP接受16位、20位或24位左對齊、右對齊和I2S串行數(shù)據(jù)格式。
• 不同數(shù)據(jù)格式的時序：I2S、左對齊和右對齊三種數(shù)據(jù)格式的時序各有特點(diǎn)。I2S格式使用LRCK定義左右聲道數(shù)據(jù)傳輸時間，位時鐘以(32 ×f{S})、(48 ×f{S})或(64 ×f_{S})運(yùn)行，數(shù)據(jù)在位時鐘上升沿有效；左對齊格式中，LRCK高電平時為左聲道數(shù)據(jù)，低電平時為右聲道數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在LRCK切換時開始出現(xiàn)；右對齊格式中，LRCK高電平時為左聲道數(shù)據(jù)，低電平時為右聲道數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在LRCK切換8個時鐘周期后開始出現(xiàn)。

26位3.23數(shù)字格式

所有混頻器增益系數(shù)采用26位的3.23數(shù)字格式，二進(jìn)制小數(shù)點(diǎn)左邊有3位，右邊有23位。通過特定的加權(quán)計算可得到十進(jìn)制值，在通過I2C總線輸入增益系數(shù)時，必須以32位二進(jìn)制數(shù)的形式輸入。

寄存器映射

TAS5733L的寄存器涵蓋時鐘控制、設(shè)備ID、錯誤狀態(tài)、系統(tǒng)控制等多個方面，每個寄存器都有其特定的功能和默認(rèn)值。例如，時鐘控制寄存器（0x00）反映自動檢測到的時鐘狀態(tài)，通過不同的位組合表示采樣率和MCLK頻率；錯誤狀態(tài)寄存器（0x02）記錄各種錯誤信息，如MCLK錯誤、SCLK錯誤、LRCLK錯誤等，這些錯誤位具有粘性，需軟件清除并讀取以確定是否為持續(xù)錯誤。

四、TAS5733L應(yīng)用設(shè)計

應(yīng)用信息

TAS5733L可用于立體聲和單聲道模式。在選擇外部組件時，需考慮對電路板布局、組件放置和走線的影響。為實現(xiàn)良好的系統(tǒng)性能，組件的封裝尺寸應(yīng)與應(yīng)用電路中使用的一致。同時，放大器輸出通常需要低通濾波器來過濾PWM調(diào)制輸出的載波頻率，可根據(jù)系統(tǒng)需求選擇合適的濾波組件。

典型應(yīng)用

• 立體聲橋接負(fù)載應(yīng)用：在立體聲系統(tǒng)中，TAS5733L通過數(shù)字輸入接收兩個聲道的音頻信號，分別放大后驅(qū)動兩個獨(dú)立的揚(yáng)聲器。設(shè)計時需注意低電源為3.3V，高電源為8V - 15V，數(shù)字輸入要符合I2S和I2C標(biāo)準(zhǔn)，輸出需配備電感 - 電容低通濾波器，揚(yáng)聲器阻抗最小為4Ω。在啟動和關(guān)機(jī)過程中，需遵循特定的順序，如開機(jī)時先將所有數(shù)字輸入置低，逐步升高AVDD/DVDD和PVDD電壓，進(jìn)行振蕩器校準(zhǔn)和寄存器配置；關(guān)機(jī)時則按相反順序操作。
• 單聲道并聯(lián)橋接負(fù)載應(yīng)用：在單聲道系統(tǒng)中，TAS5733L的兩個全橋通道并聯(lián)，驅(qū)動單個揚(yáng)聲器。這種模式可降低功率損耗，提高放大器輸出的電流供應(yīng)能力，揚(yáng)聲器阻抗最小為2Ω。其設(shè)計要求和詳細(xì)設(shè)計流程與立體聲模式類似，同樣需要關(guān)注電源供應(yīng)、數(shù)字輸入、輸出濾波等方面。

電源供應(yīng)建議

TAS5733L只需3.3V電源和PVDD功率級電源，內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器為柵極驅(qū)動電路提供合適的電壓。每個半橋都有獨(dú)立的自舉引腳（BSTRP_x）和功率級電源引腳（PVDD），自舉電路通過連接小陶瓷電容來實現(xiàn)高側(cè)柵極驅(qū)動的電壓供應(yīng)。為確保電源性能，每個PVDD引腳都應(yīng)使用100nF、X7R陶瓷電容進(jìn)行去耦，并盡量靠近引腳放置。

布局設(shè)計

• 去耦電容布局：旁路和去耦電容應(yīng)靠近電源放置，特別是PVDD線上的小旁路電容，必須盡可能靠近PVDD引腳，否則會增加系統(tǒng)電磁干擾，影響設(shè)備可靠性。
• 熱性能和接地設(shè)計：為實現(xiàn)最佳的散熱、音頻和電磁性能，應(yīng)遵循布局示例進(jìn)行設(shè)計。避免在放大器附近放置其他發(fā)熱組件，使用更高層數(shù)的PCB以提供更好的散熱能力，保持接地平面的連續(xù)性，確保熱量能夠有效散發(fā)到周圍環(huán)境中。

TAS5733L以其豐富的功能、卓越的性能和可靠的保護(hù)機(jī)制，為音頻設(shè)備設(shè)計提供了理想的解決方案。在實際應(yīng)用中，我們需要深入理解其各項特性和設(shè)計要點(diǎn)，結(jié)合具體需求進(jìn)行合理的配置和布局，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，打造出高質(zhì)量的音頻產(chǎn)品。大家在使用TAS5733L的過程中遇到過哪些問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。