TAS5709/TAS5709A：20W立體聲數(shù)字音頻功率放大器的深度剖析

在音頻功率放大器領(lǐng)域，Texas Instruments（TI）的TAS5709和TAS5709A是兩款備受關(guān)注的產(chǎn)品。它們以其高效、高性能的特點，為立體聲數(shù)字音頻放大提供了出色的解決方案。本文將對這兩款放大器進行詳細的技術(shù)分析，探討其特性、功能以及應(yīng)用中的關(guān)鍵要點。

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一、產(chǎn)品概述

TAS5709和TAS5709A是20W的高效數(shù)字音頻功率放大器，專為驅(qū)動立體聲橋接負載（BTL）揚聲器而設(shè)計。它們通過一個串行數(shù)據(jù)輸入接口，能夠處理多達兩個獨立的音頻通道，并且可以無縫集成到大多數(shù)數(shù)字音頻處理器和MPEG解碼器中。兩款產(chǎn)品功能基本相同，唯一的區(qū)別在于I2C設(shè)備地址，TAS5709的地址是0x36，而TAS5709A的地址是0x3A。

二、產(chǎn)品特性

（一）音頻輸入/輸出特性

• 功率輸出：在18V電源供電下，能夠向8Ω負載提供20W的功率輸出，展現(xiàn)出強大的驅(qū)動能力。
• 電源范圍：PVDD電源電壓范圍寬廣，從8V到24V，為不同的應(yīng)用場景提供了靈活性。
• 高效Class - D工作模式：這種工作模式無需使用散熱片，既節(jié)省了空間，又提高了系統(tǒng)的可靠性。
• 低電源需求：僅需要3.3V和PVDD電源，簡化了電源設(shè)計。
• 串行音頻輸入：支持一個串行音頻輸入（兩個音頻通道），并支持8kHz到48kHz的采樣率，兼容多種數(shù)據(jù)格式（LJ/RJ/I2S）。

（二）音頻/PWM處理特性

• 獨立通道音量控制：每個通道都有獨立的音量控制，范圍從24dB到靜音，并且支持軟靜音功能（50%占空比），能夠?qū)崿F(xiàn)平滑的音量調(diào)節(jié)。
• 動態(tài)范圍控制（DRC）：可編程的2波段DRC，可以設(shè)置不同的閾值，用于低頻和高頻內(nèi)容的動態(tài)范圍壓縮，既可以作為功率限制器，又能實現(xiàn)揚聲器保護、輕松聆聽和夜間聆聽模式。
• 揚聲器均衡（EQ）：22個可編程的雙二階濾波器（Biquads），用于揚聲器均衡和其他音頻處理功能，能夠優(yōu)化音頻性能，提升音質(zhì)。
• 其他特性：包括可編程的DRC濾波器系數(shù)、輸入和輸出混音器、直流阻塞濾波器、3D效果支持和偽低音支持等，為音頻處理提供了豐富的功能。

（三）通用特性

• 串行控制接口：串行控制接口在沒有MCLK的情況下也能正常工作，內(nèi)部振蕩器經(jīng)過工廠校準，可實現(xiàn)自動速率檢測，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性。
• 封裝形式：采用48引腳、7mm × 7mm的HTQFP表面貼裝封裝，便于PCB布局和安裝。
• 保護功能：具備熱保護和短路保護功能，能夠有效保護設(shè)備在異常情況下不受損壞。

三、技術(shù)細節(jié)分析

（一）電源供應(yīng)

TAS5709只需要一個3.3V電源和一個典型的18V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。每個半橋都有獨立的自舉引腳（BST_X）和功率級電源引腳（PVDD_X），并且通過內(nèi)置的自舉電路，僅需幾個外部電容器就能滿足需要浮動電壓供應(yīng)的電路需求。在設(shè)計時，要特別注意將所有去耦電容器盡可能靠近相關(guān)引腳放置，避免電源引腳和去耦電容器之間產(chǎn)生電感。

（二）錯誤報告

任何導(dǎo)致設(shè)備關(guān)機的故障都會通過FAULT引腳拉低來發(fā)出信號。FAULT引腳的狀態(tài)可以反映過流（OC）、欠壓（UVP）、過溫（OTE）或過壓等錯誤情況，方便工程師及時排查問題。

（三）設(shè)備保護系統(tǒng)

• 過流保護：設(shè)備在所有高端和低端功率級FET上都有獨立的快速反應(yīng)電流檢測器。當(dāng)出現(xiàn)過流情況時，首先進行逐周期的電流限制，防止輸出電流進一步增加；如果過流情況持續(xù)，會觸發(fā)鎖存關(guān)機，將功率級設(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。
• 過溫保護：當(dāng)設(shè)備結(jié)溫超過150°C（標稱值）時，設(shè)備會進入熱關(guān)機狀態(tài)，所有半橋輸出設(shè)置為高阻抗狀態(tài)，F(xiàn)AULT引腳拉低。當(dāng)溫度下降約30°C后，設(shè)備會自動恢復(fù)正常。
• 欠壓保護和上電復(fù)位：UVP和POR電路能夠在任何上電/下電和掉電情況下全面保護設(shè)備。在上電過程中，POR電路會復(fù)位過載電路（OLP），確保所有電路在PVDD和AVDD電源電壓分別達到7.6V和2.7V時完全正常工作。

（四）SSTIMER功能

SSTIMER引腳通過連接一個電容器到地，來控制所有通道關(guān)機退出時的輸出占空比。電容器通過內(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所需占空比的速率，從而實現(xiàn)平滑過渡，減少可聽的“噗噗”聲和“咔嗒”聲。

（五）時鐘、自動檢測和PLL

TAS5709是一個從設(shè)備，接受MCLK、SCLK和LRCLK。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。它能夠自動檢測時鐘變化/錯誤，并在檢測到問題時靜音音頻，強制PLL使用內(nèi)部振蕩器作為參考時鐘，待時鐘穩(wěn)定后自動檢測新的速率并恢復(fù)正常操作。

（六）串行數(shù)據(jù)接口

串行數(shù)據(jù)通過SDIN輸入，PWM輸出由此派生。TAS5709 DAP接受16位、20位或24位的左對齊、右對齊和I2S串行數(shù)據(jù)格式，具有廣泛的兼容性。

（七）PWM部分

PWM部分采用噪聲整形和復(fù)雜的非線性校正算法，實現(xiàn)了高功率效率和高性能的數(shù)字音頻再現(xiàn)。它使用四階噪聲整形器來增加音頻頻段的動態(tài)范圍和信噪比，并且具有獨立通道的直流阻塞濾波器和去加重濾波器，還可以調(diào)節(jié)最大調(diào)制限制。

（八）I2C兼容串行控制接口

TAS5709 DAP具有一個I2C串行控制從接口，支持正常速度（100kHz）和高速（400kHz）操作，無需等待狀態(tài)。該接口可用于接收系統(tǒng)控制器的命令，對設(shè)備的寄存器進行編程和讀取設(shè)備狀態(tài)。

四、寄存器配置

文檔中詳細列出了串行控制接口的寄存器，包括時鐘控制寄存器、設(shè)備ID寄存器、錯誤狀態(tài)寄存器等。每個寄存器都有特定的功能和初始值，工程師可以根據(jù)實際需求進行配置。例如，時鐘控制寄存器可以反映自動檢測到的時鐘狀態(tài)，通過設(shè)置不同的位來表示不同的采樣率和MCLK頻率。

五、應(yīng)用建議

（一）初始化序列

在設(shè)備上電和初始化時，需要按照特定的序列進行操作。首先，將所有數(shù)字輸入保持低電平，將AVDD/DVDD電壓升至至少3V；然后初始化數(shù)字輸入和PVDD電源，提供穩(wěn)定有效的I2S時鐘；接著對振蕩器進行微調(diào)；最后通過I2C配置DAP，并退出關(guān)機狀態(tài)。

（二）正常操作

在正常操作過程中，支持對主/通道音量寄存器的寫入、軟靜音寄存器的寫入、進入和退出關(guān)機狀態(tài)以及處理時鐘錯誤和速率變化等操作。但需要注意的是，在某些特定時間段內(nèi)，部分操作可能不被支持。

（三）關(guān)機序列

進入關(guān)機狀態(tài)時，要確保I2S時鐘穩(wěn)定有效至少50ms，然后寫入相應(yīng)的寄存器命令，等待一段時間后設(shè)備進入關(guān)機狀態(tài)。退出關(guān)機狀態(tài)時，同樣需要確保時鐘穩(wěn)定，寫入退出關(guān)機命令并等待一段時間后恢復(fù)正常操作。

（四）掉電序列

在設(shè)備掉電時，如果時間允許，應(yīng)先進入關(guān)機狀態(tài)；否則，直接將PDNZ置為低電平并等待至少2ms，然后將RESETZ置為低電平，最后將數(shù)字輸入拉低并降低PVDD和AVDD電源電壓。

六、總結(jié)

TAS5709和TAS5709A數(shù)字音頻功率放大器以其豐富的功能、高效的性能和完善的保護機制，為立體聲音頻放大應(yīng)用提供了可靠的解決方案。在實際設(shè)計中，工程師需要深入理解其技術(shù)特性和寄存器配置，按照正確的操作序列進行初始化、操作和關(guān)機，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運行和最佳音頻性能。同時，要注意電源設(shè)計、PCB布局和散熱等方面的問題，以充分發(fā)揮這兩款放大器的優(yōu)勢。你在使用這兩款放大器的過程中，遇到過哪些有趣的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。