TAS5631B：高性能數(shù)字輸入功率級(jí)放大器的深度解析

在音頻功率放大領(lǐng)域，德州儀器（TI）的TAS5631B以其卓越的性能和豐富的功能脫穎而出。作為一名資深電子工程師，今天就帶大家深入了解這款300 - W立體聲/400 - W單聲道的PurePath? HD數(shù)字輸入功率級(jí)放大器。

文件下載：tas5631b.pdf

關(guān)鍵特性剖析

1. PurePath? HD集成反饋技術(shù)

這一技術(shù)為TAS5631B帶來了諸多優(yōu)勢。它將信號(hào)帶寬提升至80 kHz，能夠充分捕捉高清音頻源的高頻內(nèi)容，為聽眾還原更加真實(shí)、豐富的音頻細(xì)節(jié)。超低的總諧波失真（THD）指標(biāo)更是讓人眼前一亮，在1 W輸入和4 Ω負(fù)載下，THD僅為0.03%，并且在所有頻率下THD都保持平穩(wěn)，確保了自然純凈的音質(zhì)。同時(shí)具備80 - dB的電源抑制比（PSRR）和大于100 - dB（A加權(quán)）的信噪比（SNR），有效減少了電源噪聲和信號(hào)干擾，進(jìn)一步提升音頻質(zhì)量。而且，該技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了無咔嗒聲和爆破聲的啟動(dòng)，為用戶帶來無縫的音頻體驗(yàn)。

2. 多種配置選項(xiàng)

TAS5631B在同一印刷電路板（PCB）上通過不同的元件填充方式，可實(shí)現(xiàn)多種輸出配置。包括單聲道并行橋接負(fù)載（PBTL）、立體聲橋接負(fù)載（BTL）、2.1聲道單端立體聲對(duì)與橋接負(fù)載低音炮以及四路單端輸出。這種靈活性使得工程師可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求，輕松定制音頻功率放大方案。

3. 高輸出功率與效率

在不同的配置下，TAS5631B都能展現(xiàn)出出色的輸出功率。在單聲道PBTL配置中，每通道可實(shí)現(xiàn)400 W的輸出功率；立體聲BTL配置下，每通道可達(dá)300 W；四路單端配置時(shí)，每通道也有145 W的輸出能力。同時(shí)，功率級(jí)效率高達(dá)88%以上，其輸出MOSFET的導(dǎo)通電阻僅為60 mΩ，降低了功率損耗，提高了能源利用率。

4. 熱增強(qiáng)封裝與自保護(hù)設(shè)計(jì)

提供兩種熱增強(qiáng)封裝選項(xiàng)：PHD（64引腳QFP）和DKD（44引腳PSOP3），能夠有效將熱量從芯片傳導(dǎo)出去，保證芯片在高功率工作時(shí)的穩(wěn)定性。此外，還具備完善的自保護(hù)設(shè)計(jì)，涵蓋欠壓、過溫、削波和短路保護(hù)功能，并能進(jìn)行錯(cuò)誤報(bào)告，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

5. 電磁干擾（EMI）合規(guī)性

當(dāng)按照推薦的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案使用時(shí)，TAS5631B能夠滿足EMI相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，減少電磁干擾對(duì)其他設(shè)備的影響，適用于對(duì)電磁環(huán)境要求較高的應(yīng)用場景。

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

TAS5631B憑借其出色的性能，在多個(gè)音頻應(yīng)用領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在迷你組合音響系統(tǒng)中，它能夠以緊湊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高功率輸出和高品質(zhì)音頻回放；對(duì)于AV接收器和DVD接收器來說，TAS5631B的多種配置選項(xiàng)可以滿足不同聲道和功率的需求，提升家庭影院的音頻體驗(yàn)；在有源音箱中，其高效的功率轉(zhuǎn)換和低失真特性，能夠?yàn)橛脩魩砬逦?qiáng)勁的聲音表現(xiàn)。

技術(shù)參數(shù)詳解

1. 電氣特性

在電源電壓方面，半橋電源（PVDD_x）的推薦直流電壓范圍為25 - 52.5 V，邏輯調(diào)節(jié)器和柵極驅(qū)動(dòng)電路的電源（GVDD_x）以及數(shù)字調(diào)節(jié)器電源（VDD）的推薦直流電壓范圍均為10.8 - 13.2 V。輸出負(fù)載阻抗（RL）根據(jù)不同的配置有不同的要求，如BTL模式下為3.5 - 4 Ω，SE模式下為1.8 - 2 Ω，PBTL模式下為2.4 - 3 Ω。PWM幀速率（fPWM）推薦范圍為352 - 500 kHz。

2. 音頻特性

在BTL配置下，音頻性能表現(xiàn)出色。當(dāng)負(fù)載電阻（RL）為4 Ω，總諧波失真加噪聲（THD + N）為10%且輸入信號(hào)削波時(shí)，每通道的輸出功率可達(dá)300 W；當(dāng)THD + N為1%且輸入信號(hào)未削波時(shí)，輸出功率為240 W。在1 W輸入時(shí)，THD + N僅為0.03%，輸出集成噪聲為180 μV，信噪比可達(dá)103 dB，動(dòng)態(tài)范圍為103 dB。

在單端輸出配置下，以RL = 2 Ω，THD + N為10%且輸入信號(hào)削波為例，每通道輸出功率為145 W；當(dāng)THD + N為1%且輸入信號(hào)未削波時(shí)，輸出功率為110 W。1 W輸入時(shí)THD + N為0.04%，輸出集成噪聲為140 μV，信噪比為100 dB，動(dòng)態(tài)范圍為100 dB。

在PBTL配置下，當(dāng)RL = 3 Ω，THD + N為10%且輸入信號(hào)削波時(shí)，每通道輸出功率為400 W；當(dāng)THD + N為1%且輸入信號(hào)未削波時(shí)，輸出功率為310 W。1 W輸入時(shí)THD + N為0.03%，輸出集成噪聲為170 μV，信噪比為103 dB，動(dòng)態(tài)范圍為103 dB。

3. 引腳功能

TAS5631B的引腳功能豐富且明確。例如，AGND為模擬地，BST_X為高端自舉電源，需要外接0.033 μF電容到OUT_X；INPUT_X為各半橋的輸入信號(hào)引腳；M1、M2、M3為模式選擇引腳，通過不同的電平組合可以選擇不同的輸出配置模式。OTW和OTW1、OTW2為過溫警告信號(hào)輸出引腳，SD為關(guān)斷信號(hào)輸出引腳，READY為正常工作信號(hào)輸出引腳等。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 電源設(shè)計(jì)

TAS5631B僅需一個(gè)12 V電源和一個(gè)典型的50 V功率級(jí)電源。內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器為數(shù)字和低壓模擬電路提供合適的電壓。每個(gè)半橋都有獨(dú)立的柵極驅(qū)動(dòng)電源引腳（GVDD_X）、自舉引腳（BST_X）和功率級(jí)電源引腳（PVDD_X）。為了實(shí)現(xiàn)良好的高頻隔離，建議在PCB上使用RC濾波器將GVDD_A、GVDD_B、GVDD_C、GVDD_D和VDD分開。同時(shí)，要注意將所有去耦電容盡可能靠近其相關(guān)引腳放置，避免電源引腳和去耦電容之間產(chǎn)生電感。

2. 啟動(dòng)和關(guān)機(jī)序列

該放大器在啟動(dòng)和關(guān)機(jī)時(shí)不需要特定的序列。但在啟動(dòng)時(shí)，建議將RESET引腳置低，使內(nèi)部電路通過弱下拉半橋輸出來為外部自舉電容充電；關(guān)機(jī)時(shí)，將RESET引腳置低可以防止出現(xiàn)可聽的雜音，如咔嗒聲或爆破聲。

3. 錯(cuò)誤報(bào)告與保護(hù)系統(tǒng)

SD、OTW、OTW1和OTW2引腳為低電平有效、開漏輸出，用于向PWM控制器或其他系統(tǒng)控制設(shè)備發(fā)送保護(hù)模式信號(hào)。當(dāng)發(fā)生任何導(dǎo)致設(shè)備關(guān)機(jī)的故障時(shí)，SD引腳會(huì)置低；當(dāng)設(shè)備結(jié)溫超過100°C時(shí)，OTW1引腳置低；超過125°C時(shí)，OTW和OTW2引腳置低。

TAS5631B還具備先進(jìn)的保護(hù)電路，能夠應(yīng)對(duì)短路、過載、過溫、欠壓等多種故障情況。當(dāng)檢測到故障時(shí)，功率級(jí)會(huì)立即進(jìn)入高阻抗（Hi - Z）狀態(tài)，并將SD引腳置低。在大多數(shù)故障情況下，當(dāng)故障條件消除后，設(shè)備會(huì)自動(dòng)恢復(fù)正常工作。

4. PCB設(shè)計(jì)建議

推薦使用FR - 4 2 - oz.（70 μm）玻璃環(huán)氧樹脂材料的PCB，這種材料可以提供更高的功率輸出、更好的熱性能和更低的電磁干擾。PVDD電容應(yīng)選擇具有適當(dāng)電壓裕量和足夠電容值的低等效串聯(lián)電阻（ESR）類型，以支持功率需求，通常1000 μF、63 V的電容可滿足大多數(shù)應(yīng)用。去耦電容建議使用X7R類型，其電壓選擇要考慮溫度、紋波電流和電壓過沖等因素，特別是每個(gè)半橋電源上放置的2.2 μF電容，其額定電壓至少為63 V，以承受PWM開關(guān)的電壓過沖、高功率輸出時(shí)的熱量和紋波電流。

總結(jié)

TAS5631B以其強(qiáng)大的功能、出色的音頻性能和完善的保護(hù)機(jī)制，成為音頻功率放大領(lǐng)域的優(yōu)秀選擇。無論是對(duì)于追求高品質(zhì)音頻的消費(fèi)電子市場，還是對(duì)穩(wěn)定性和可靠性要求較高的專業(yè)音頻領(lǐng)域，TAS5631B都能提供令人滿意的解決方案。作為電子工程師，我們在設(shè)計(jì)過程中，要充分考慮其各項(xiàng)特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能。大家在使用TAS5631B進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有沒有遇到過什么獨(dú)特的問題或者有什么特別的經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)留言分享。