TAS5760MD：通用I2S輸入D類放大器的全方位解析

在音頻設備的設計領域，放大器的性能往往決定了整個系統(tǒng)的音頻質(zhì)量。今天，我們就來深入探討一款備受關注的產(chǎn)品——TAS5760MD通用I2S輸入D類放大器，它集成了DirectPath?耳機和線路驅(qū)動器，為音頻設計帶來了諸多便利和出色的性能表現(xiàn)。

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一、產(chǎn)品概述

TAS5760MD是一款立體聲I2S輸入設備，具備硬件和軟件（I2C）兩種控制模式。它集成了數(shù)字限幅器，擁有多種增益選項，并且電源供應的工作范圍很寬，這使得它能夠適用于眾多不同的應用場景。其標稱電源電壓范圍為4.5至24 VDC，還集成了DirectPath?耳機放大器和線路驅(qū)動器，有效提高了系統(tǒng)集成度，降低了整體解決方案的成本。

二、產(chǎn)品特性

（一）音頻輸入輸出配置

• 輸入：支持單立體聲I2S輸入，為音頻信號的傳輸提供了穩(wěn)定且高質(zhì)量的接口。
• 輸出：可實現(xiàn)立體聲橋接負載（BTL）或單聲道并聯(lián)橋接負載（PBTL）操作，滿足不同的音頻輸出需求。同時，支持32、44.1、48、88.2、96 kHz的采樣率，能夠適應多種音頻格式。此外，還配備了耳機放大器和線路驅(qū)動器，進一步拓展了其應用范圍。

（二）通用操作特性

• 控制方式：提供可選的硬件或軟件控制模式，方便工程師根據(jù)具體的設計需求進行靈活選擇。
• 數(shù)字限幅器：集成數(shù)字輸出限幅器，能夠有效防止音頻信號失真，保證音頻質(zhì)量。
• 地址可編程：具有可編程的I2C地址（(1101100[^{R}{w}]) 或 (1101101[^{R}{N}]) ），便于在多設備系統(tǒng)中進行地址分配和管理。
• 閉環(huán)放大器架構：采用閉環(huán)放大器架構，能夠提高放大器的穩(wěn)定性和線性度，減少失真。
• 開關頻率可調(diào)：揚聲器放大器的開關頻率可調(diào)，工程師可以根據(jù)實際情況進行優(yōu)化，以達到更好的性能表現(xiàn)。

（三）魯棒性特性

具備時鐘錯誤、直流、短路保護，以及過溫保護和可編程過流保護等功能，能夠有效保護設備免受各種異常情況的損害，提高設備的可靠性和穩(wěn)定性。

（四）音頻性能

在 (PVDD = 19 V) 、 (R_{SPK}=8 Omega) 、SPK_GAIN[1:0] (Pins =01) 的條件下，空閑通道噪聲 (≤80 mu Vrms) （A - 加權），總諧波失真加噪聲（THD + N）為0.03%（在1W、1kHz時），信噪比（SNR）為100 dB A - 加權（參考 (THD + N = 1%) ），這些數(shù)據(jù)表明該放大器具有出色的音頻性能。

三、應用領域

TAS5760MD的應用范圍非常廣泛，涵蓋了LCD/LED電視、多功能顯示器、條形音箱、對接站、PC音頻以及通用音頻設備等領域。其出色的性能和豐富的功能，能夠為這些設備提供高質(zhì)量的音頻解決方案。

四、詳細功能描述

（一）電源供應

TAS5760MD需要一個3.3 - V的電源來為低壓模擬和數(shù)字電路供電，以及一個更高電壓的電源（PVDD）來為揚聲器放大器的輸出級供電。芯片上集成了多個穩(wěn)壓器，用于為音頻路徑的內(nèi)部電路生成所需的電壓。需要注意的是，這些集成的穩(wěn)壓器僅能為內(nèi)部電路提供足夠的電流，外部引腳僅作為連接片外旁路電容的連接點，用于過濾電源，連接外部電路可能會導致性能下降和設備損壞。

（二）揚聲器放大器音頻信號路徑

1. 串行音頻端口（SAP）

支持I2S、左對齊或右對齊格式的音頻輸入。在硬件控制模式下，設備僅工作在32、48或64 x f (64 ×f_{S}) I2S模式；在軟件控制模式下，還提供了更多左對齊和右對齊音頻格式的選項。

2. 直流阻塞濾波器

為了防止音頻信號中的過多直流成分損壞揚聲器，以及避免信號路徑中的直流偏移在揚聲器放大器靜音和取消靜音時產(chǎn)生可聽的偽像，放大器采用了兩種直流阻塞方法。一種是在數(shù)據(jù)路徑前端設置高通濾波器，去除輸入音頻數(shù)據(jù)中的直流成分；另一種是直流檢測電路，當檢測到輸出端存在直流時，會關閉功率級并發(fā)出鎖存故障信號。

3. 數(shù)字增益和音量控制

在高通濾波器之后，集成了數(shù)字增益塊，可根據(jù)應用需求提供額外的數(shù)字增益，并在硬件控制模式下為給定的GAIN[1:0]引腳配置設置適當?shù)南薹c。數(shù)字音量控制范圍從靜音到24 dB，步長為0.5 dB，并且在音量設置轉(zhuǎn)換時，會以每8個LRCK周期0.5 dB的速率進行，以確保音量變化時無明顯的音頻偽像。

4. 數(shù)字限幅器

集成在過采樣域中的數(shù)字限幅器，無需額外的組件即可設置揚聲器放大器的限幅點。通過I2C控制端口的“數(shù)字限幅器電平 (x^{prime prime}) ”控制，可以直接設置過采樣數(shù)字路徑的限幅點，從而確定放大器的10% THD + N工作點。

5. 閉環(huán)D類放大器

數(shù)字限幅器之后，音頻數(shù)據(jù)被發(fā)送到閉環(huán)D類放大器，其第一級是數(shù)字到脈寬調(diào)制（PWM）轉(zhuǎn)換（DPC）塊。在該塊中，立體聲音頻數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為兩對互補的PWM信號，用于驅(qū)動揚聲器放大器的輸出。DPC周圍的反饋回路確保了電源電壓范圍內(nèi)的恒定增益，減少了失真，并提高了對電源注入噪聲和失真的免疫力。

（三）揚聲器放大器保護套件

TAS5760MD的揚聲器放大器具備一套強大的錯誤處理和保護功能，可防止過流、欠壓、過壓、過溫、直流和時鐘錯誤等情況。這些錯誤的狀態(tài)通過SPK_FAULT引腳和I2C控制端口中的相應錯誤狀態(tài)寄存器進行報告。根據(jù)清除故障并恢復正常操作的要求，設備的錯誤處理行為可分為“鎖存”和“非鎖存”兩種類型。

（四）耳機和線路驅(qū)動器放大器

該放大器集成了一個多功能的低壓模擬輸入放大器，可作為耳機放大器或線路驅(qū)動器使用。它采用TI的專利DirectPath?技術，能夠在3.3 - V電源電壓下驅(qū)動2 (V_{RMS}) 到10 - kΩ負載或23 mW到32 - Ω耳機負載。其輸出具有±8 - kV IEC ESD保護，內(nèi)置主動靜音控制，可實現(xiàn)無咔嗒聲的音頻開關控制，并且外部欠壓檢測器可在PVDD電源移除時靜音輸出，確保無咔嗒聲關機。

五、設備功能模式

（一）硬件控制模式

對于不需要I2C控制端口額外靈活性或沒有I2C主機控制器的系統(tǒng)，可以使用硬件控制模式。在這種模式下，設備以默認配置運行，通過硬件控制引腳進行配置更改。雖然硬件控制模式和軟件控制模式的音頻性能相同，但軟件控制模式提供了更多的功能和特性。

（二）軟件控制模式

將兩個增益引腳（GAIN[1:0]）拉高即可進入軟件控制模式。在這種模式下，PBTL/SCL和FREQ/SDA引腳被分配為I2C控制端口的時鐘和數(shù)據(jù)線。軟件控制模式提供了更多的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)格式和時鐘速率選項，可通過I2C控制端口進行設置。

六、應用與實現(xiàn)

（一）應用信息

文檔中提供了典型的連接圖，展示了在幾種常見應用場景中設備正常運行所需的外部組件和系統(tǒng)級連接。這些配置可以通過設備的評估模塊（EVM）進行實現(xiàn)，并且部分應用電路可作為參考設計在TI網(wǎng)站上找到。

（二）典型應用

詳細介紹了立體聲BTL和單聲道PBTL在軟件控制和硬件控制模式下的設計要求、詳細設計步驟、組件選擇和硬件連接等內(nèi)容。例如，在立體聲BTL使用軟件控制的設計中，需要注意I2C上拉電阻的選擇、數(shù)字I/O連接的方式以及耳機和線路驅(qū)動器放大器的相關參數(shù)設置等。

七、電源供應建議

TAS5760MD需要兩個電源，一個高電壓的PVDD電源為揚聲器放大器的輸出級及其相關電路供電，一個低電壓的DVDD電源為設備的各個低功率部分供電。在連接、布線和去耦時，需要遵循TAS5760xx EVM用戶指南中的相關技術要求，以確保設備的正常運行和性能表現(xiàn)。

八、布局建議

（一）布局準則

音頻放大器的布局對系統(tǒng)性能至關重要，包括熱性能、電磁兼容性（EMC）、設備可靠性和音頻性能等方面。在布局時，應遵循文檔中提供的應用部分關于設備和組件選擇的指導，并精確遵循布局示例中的布局指導。同時，要特別注意PVDD旁路電容的放置，應盡可能靠近PVDD引腳，以減少電磁干擾并提高設備的可靠性。

（二）優(yōu)化熱性能

為了優(yōu)化熱性能，應避免在放大器附近放置其他發(fā)熱組件或結(jié)構，盡可能使用更高層數(shù)的PCB，將設備放置在PCB的中心位置，避免用走線或過孔切斷熱量流動，保持接地引腳到周圍PCB區(qū)域的連續(xù)接地平面等。

TAS5760MD作為一款功能強大、性能出色的音頻放大器，為音頻設備的設計提供了豐富的選擇和可靠的解決方案。在實際設計過程中，工程師需要根據(jù)具體的應用需求，合理選擇控制模式、配置參數(shù)，并注意電源供應和布局等方面的要求，以充分發(fā)揮該設備的優(yōu)勢。大家在使用過程中遇到過哪些問題或者有什么獨特的設計思路呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。