探索TAS5731：高性能數(shù)字音頻功率放大器的卓越之選

在當(dāng)今數(shù)字化音頻的時(shí)代，電子工程師對(duì)于音頻功率放大器的性能要求越發(fā)嚴(yán)苛。TAS5731作為一款由德州儀器（TI）推出的2×20 - W數(shù)字音頻功率放大器，憑借其豐富的特性和卓越的性能，在LCD TV、LED TV和Sound Bar等眾多音頻應(yīng)用領(lǐng)域中嶄露頭角。今天，我們就來(lái)深入剖析這款放大器的各項(xiàng)特性和應(yīng)用要點(diǎn)。

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特性亮點(diǎn)

輸入與輸出能力強(qiáng)

TAS5731支持2 - Ch I2S輸入，采樣頻率范圍為8 - kHz到48 - kHz，能適應(yīng)多種音頻數(shù)據(jù)格式和速率。它可以實(shí)現(xiàn)20 - W的立體聲輸出，在8Ω負(fù)載、18V供電且THD + N = 10%的條件下，能滿(mǎn)足大多數(shù)音頻設(shè)備的功率需求。此外，它還支持單設(shè)備2.1模式（2×SE + 1×BTL），具備70 - mQ的低導(dǎo)通電阻，可支持2 - Ω SE和4 - Ω BTL模式，例如在12V、2Ω負(fù)載的SE模式下可輸出8W功率，在12V、4Ω負(fù)載的BTL模式下可輸出15W功率。

高效節(jié)能與寬供電范圍

該放大器的工作效率高達(dá)90%，能有效降低能耗，減少散熱需求。其供電范圍為8 - V到21 - V，數(shù)字供電為3.3 - V，這種寬供電范圍使得它在不同的電源環(huán)境下都能穩(wěn)定工作，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。

音頻處理功能豐富

TAS5731配備了揚(yáng)聲器均衡器（Speaker EQ），每個(gè)聲道有8個(gè)雙二階濾波器（BQ），還具備2個(gè)動(dòng)態(tài)范圍控制器（DRCs），可以對(duì)音頻進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)和優(yōu)化，提升音頻的音質(zhì)和聽(tīng)感。而且它與TAS5727引腳兼容（P2P Compatible），方便工程師在不同產(chǎn)品之間進(jìn)行替換和升級(jí)。

引腳功能與參數(shù)詳解

引腳功能

TAS5731共有眾多引腳，每個(gè)引腳都有其特定的功能。例如，AGND是功率級(jí)的本地模擬地，需連接到系統(tǒng)地；AVDD是3.3 - V的模擬電源；BST_x是半橋的高端自舉電源；OUT_x是半橋的輸出引腳等。了解這些引腳的功能和連接要求，對(duì)于正確設(shè)計(jì)電路至關(guān)重要。

參數(shù)范圍

從絕對(duì)最大額定值來(lái)看，不同引腳有不同的電壓和電流限制，如DVDD、AVDD的供電電壓范圍是 - 0.3到3.6V，PVDD_x為 - 0.3到30V。在輸入電壓方面，3.3 - V數(shù)字輸入范圍是 - 0.5到DVDD + 0.5V等。在推薦工作條件下，數(shù)字/模擬供電電壓DVDD、AVDD典型值為3.3V，半橋供電電壓PVDD_x范圍是8 - 21.5V。這些參數(shù)為工程師在設(shè)計(jì)電源和輸入輸出電路時(shí)提供了明確的參考。

工作原理與內(nèi)部結(jié)構(gòu)

時(shí)鐘與PLL

TAS5731是I2S從設(shè)備，接受MCLK、SCLK和LRCLK時(shí)鐘信號(hào)。它能自動(dòng)檢測(cè)SCLK是否為32 fS、48 fS或64 fS，并根據(jù)采樣率和MCLK頻率的不同進(jìn)行相應(yīng)配置。內(nèi)部有一個(gè)PLL電路，可根據(jù)輸入時(shí)鐘生成內(nèi)部時(shí)鐘（DCLK），運(yùn)行頻率為PWM開(kāi)關(guān)頻率的512倍。同時(shí)，它具備強(qiáng)大的時(shí)鐘錯(cuò)誤處理能力，當(dāng)檢測(cè)到時(shí)鐘變化或錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)通過(guò)內(nèi)置的微調(diào)振蕩時(shí)鐘進(jìn)行快速檢測(cè)，并采取相應(yīng)措施恢復(fù)正常工作。

串行數(shù)據(jù)接口

串行數(shù)據(jù)通過(guò)SDIN輸入，TAS5731的數(shù)字音頻處理器（DAP）支持16 - 、20 - 或24 - 位左對(duì)齊、右對(duì)齊和I2S串行數(shù)據(jù)格式。PWM輸出從SDIN數(shù)據(jù)派生而來(lái)，DAP使用噪聲整形和定制的非線(xiàn)性校正算法，結(jié)合四階噪聲整形器，提高音頻頻段的動(dòng)態(tài)范圍和信噪比，實(shí)現(xiàn)高效的音頻數(shù)字再現(xiàn)。

PWM部分

PWM部分接受來(lái)自DAP的24 - 位PCM數(shù)據(jù)，輸出兩個(gè)BTL PWM音頻輸出通道。它還具備獨(dú)立通道的直流阻斷濾波器和去加重濾波器，可根據(jù)需要進(jìn)行啟用和禁用，且最大調(diào)制極限可調(diào)范圍為93.8%到99.2%。

保護(hù)機(jī)制與應(yīng)用注意事項(xiàng)

保護(hù)機(jī)制

• 過(guò)流保護(hù)：在所有高端和低端功率級(jí)FET上都有獨(dú)立、快速響應(yīng)的電流檢測(cè)器。當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流情況且持續(xù)存在時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)鎖存關(guān)機(jī)，將功率級(jí)設(shè)置為高阻抗（Hi - Z）狀態(tài)，直到故障條件消除后恢復(fù)正常工作。而且半橋的過(guò)流保護(hù)不是獨(dú)立的，若A和B半橋之間的橋接負(fù)載導(dǎo)致過(guò)流故障，A、B、C、D四個(gè)半橋都會(huì)被關(guān)閉。
• 過(guò)溫保護(hù)：當(dāng)器件結(jié)溫超過(guò)150°C（標(biāo)稱(chēng)值）時(shí)，會(huì)進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)，所有半橋輸出設(shè)置為高阻抗（Hi - Z）狀態(tài)，當(dāng)溫度下降約30°C時(shí)自動(dòng)恢復(fù)。
• 欠壓保護(hù)和上電復(fù)位：UVP和POR電路能在任何上電/斷電和電壓驟降情況下保護(hù)器件。上電時(shí)，POR電路會(huì)復(fù)位過(guò)載電路（OLP），確保當(dāng)PVDD和AVDD電源電壓分別達(dá)到7.6V和2.7V時(shí)，所有電路都能正常工作。若AVDD或任何一個(gè)PVDD引腳的電源電壓下降到UVP閾值以下，所有半橋輸出會(huì)立即設(shè)置為高阻抗（Hi - Z）狀態(tài)。

  應(yīng)用注意事項(xiàng)

  在電源設(shè)計(jì)方面，TAS5731僅需一個(gè)3.3 - V電源和一個(gè)典型的18 - V功率級(jí)電源。內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器為柵極驅(qū)動(dòng)電路提供合適的電壓，高端柵極驅(qū)動(dòng)的浮動(dòng)電壓由內(nèi)置自舉電路提供，只需幾個(gè)外部電容。在放置去耦電容時(shí)，要盡量靠近相關(guān)引腳，避免電源引腳和去耦電容之間存在電感。對(duì)于自舉電路，需在每個(gè)自舉引腳（BST_x）和功率級(jí)輸出引腳（OUT_x）之間連接一個(gè)小陶瓷電容，推薦使用33 - nF、X7R陶瓷電容（0603或0805尺寸），以確保在最小PWM占空比時(shí)也有足夠的能量存儲(chǔ)，使高端功率級(jí)FET（LDMOS）在PWM周期的其余部分完全導(dǎo)通。

寄存器配置與操作流程

寄存器配置

TAS5731有眾多寄存器，用于配置和控制各種功能。例如，時(shí)鐘控制寄存器（0x00）可反映自動(dòng)檢測(cè)到的時(shí)鐘狀態(tài)，包括采樣率和MCLK頻率；系統(tǒng)控制寄存器1（0x03）可控制直流阻斷濾波器的啟用、靜音恢復(fù)方式和去加重功能等。工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，對(duì)這些寄存器進(jìn)行正確的配置。

操作流程

在初始化設(shè)備時(shí)，需要按照特定的順序進(jìn)行操作。首先，將所有數(shù)字輸入置低，將AVDD/DVDD升至至少3V；然后初始化數(shù)字輸入和PVDD電源，將RESET置低，PDN置高，等待至少100μs后將RESET置高，再等待至少13.5ms，同時(shí)將PVDD升至至少8V，并確保在AVDD/DVDD達(dá)到3V后至少100μs內(nèi)PVDD保持低于6V，之后再等待至少10μs；接著對(duì)振蕩器進(jìn)行微調(diào)（向寄存器0x1B寫(xiě)入0x00），并等待至少50ms；再通過(guò)I2C配置DAP；最后配置其余寄存器并退出關(guān)機(jī)狀態(tài)。在正常操作過(guò)程中，支持對(duì)主/聲道音量寄存器的寫(xiě)入、軟靜音寄存器的寫(xiě)入以及進(jìn)入和退出關(guān)機(jī)狀態(tài)等操作，但在AVDD/DVDD上電斜坡后的240ms + 1.3 × t_start（t_start由寄存器0x1A指定）內(nèi)不支持進(jìn)入和退出關(guān)機(jī)狀態(tài)。

TAS5731以其豐富的功能、高效的性能和完善的保護(hù)機(jī)制，為電子工程師在音頻功率放大設(shè)計(jì)方面提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要深入理解其各項(xiàng)特性和參數(shù)，合理進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和寄存器配置，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，打造出高品質(zhì)的音頻產(chǎn)品。你在使用類(lèi)似音頻功率放大器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。