深入剖析TAS5708：20W立體聲數(shù)字音頻功率放大器的卓越之選

在音頻功率放大器領(lǐng)域，TI的TAS5708以其出色的性能和豐富的功能脫穎而出。作為一名電子工程師，在實(shí)際項(xiàng)目中選用合適的音頻功率放大器至關(guān)重要，今天就帶大家深入了解TAS5708這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

TAS5708是一款高效的20W立體聲數(shù)字音頻功率放大器，專為驅(qū)動(dòng)立體聲橋接負(fù)載（BTL）揚(yáng)聲器而設(shè)計(jì)。它具備EQ/DRC功能和反饋機(jī)制，能有效提升音頻性能，適用于各種音頻應(yīng)用場景。

二、關(guān)鍵特性與優(yōu)勢

2.1 音頻輸入輸出特性

• 功率輸出：在18V電源供電下，能向8Ω負(fù)載提供20W的功率，且電源電壓范圍寬（10V - 26V），數(shù)字電源為3.3V，這使得它在不同電源環(huán)境下都能穩(wěn)定工作。
• 輸入支持：支持單路串行音頻輸入，采樣率范圍為8kHz - 48kHz，數(shù)據(jù)格式包括左對齊（LJ）、右對齊（RJ）和I2S，具有很強(qiáng)的兼容性。
• 反饋優(yōu)勢：功率級反饋允許其在穩(wěn)壓較差的電源下工作，這在實(shí)際應(yīng)用中能有效降低對電源的要求，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 音頻/PWM處理能力

• 內(nèi)部振蕩器：采用工廠校準(zhǔn)的內(nèi)部振蕩器，可自動(dòng)檢測采樣率，無需外部復(fù)雜的時(shí)鐘電路，簡化了設(shè)計(jì)。
• 32位數(shù)據(jù)路徑：高端的32位數(shù)據(jù)路徑音頻處理器，在處理音頻信號時(shí)無需預(yù)縮放，能有效保留信號完整性，同時(shí)不犧牲動(dòng)態(tài)范圍。
• EQ與DRC功能：配備14個(gè)雙二階濾波器（Biquads）用于揚(yáng)聲器均衡（EQ），可改善音頻性能；動(dòng)態(tài)范圍控制（DRC）功能不僅能保護(hù)揚(yáng)聲器，還能實(shí)現(xiàn)夜間模式聆聽，提升用戶體驗(yàn)。

2.3 其他優(yōu)勢

• 自動(dòng)銀行切換：預(yù)加載了三種不同采樣率的系數(shù)，當(dāng)采樣率變化時(shí)無需更新系數(shù)，減少了系統(tǒng)的復(fù)雜性和開發(fā)難度。
• 自動(dòng)檢測：能自動(dòng)檢測采樣率變化，無需外部微處理器干預(yù)，提高了系統(tǒng)的智能化程度。
• 閉環(huán)功率級：閉環(huán)架構(gòu)使設(shè)備能在較寬的PVCC工作范圍內(nèi)運(yùn)行，并降低電源紋波失真，提升音頻質(zhì)量。

三、詳細(xì)技術(shù)分析

3.1 電源設(shè)計(jì)

TAS5708只需一個(gè)3.3V電源和10V - 26V的功率級電源，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。每個(gè)半橋都有獨(dú)立的自舉引腳（BST_X）和功率級電源引腳（PVCC_X），設(shè)計(jì)時(shí)需注意將去耦電容盡可能靠近相關(guān)引腳放置，以避免電源引腳和去耦電容之間的電感影響性能。自舉電路中，需在每個(gè)自舉引腳（BST_X）和功率級輸出引腳（OUT_X）之間連接一個(gè)小陶瓷電容，推薦使用220nF的陶瓷電容（0603或0805尺寸），以確保在PWM開關(guān)頻率范圍內(nèi)提供足夠的能量存儲。

3.2 錯(cuò)誤報(bào)告與保護(hù)系統(tǒng)

• 錯(cuò)誤報(bào)告：任何導(dǎo)致設(shè)備關(guān)機(jī)的故障都會通過FAULT引腳拉低來信號通知，同時(shí)在寄存器0X02的D1位有粘性版本的該信號。
• 過流保護(hù)：在所有高端和低端功率級FET上都有獨(dú)立、快速反應(yīng)的電流檢測器，能保護(hù)設(shè)備免受負(fù)載短路、接地短路或PVCC短路的影響。一旦觸發(fā)保護(hù)，功率級將進(jìn)入高阻抗（Hi-Z）狀態(tài)，F(xiàn)AULT引腳拉低，故障排除后設(shè)備恢復(fù)正常工作。
• 過溫保護(hù)：當(dāng)設(shè)備結(jié)溫超過150°C（標(biāo)稱值）時(shí)，設(shè)備進(jìn)入熱關(guān)機(jī)狀態(tài)，所有半橋輸出設(shè)置為高阻抗（Hi-Z）狀態(tài)，溫度下降約15°C后自動(dòng)恢復(fù)。
• 欠壓和過壓保護(hù)：欠壓保護(hù)（UVP）電路在PVCC_X = AVCC下降到8.4V（典型值）時(shí)啟動(dòng)，上升到8.5V時(shí)解除；過壓保護(hù)（OVP）電路在PVCC_X = AVCC超過27.5V（典型值）時(shí)啟動(dòng)，下降到27.2V時(shí)解除。保護(hù)電路啟動(dòng)時(shí)，所有半橋輸出立即進(jìn)入高阻抗（Hi-Z）狀態(tài)。

3.3 串行數(shù)據(jù)接口與時(shí)鐘系統(tǒng)

• 串行數(shù)據(jù)輸入：串行數(shù)據(jù)通過SDIN輸入，PWM輸出由此派生。TAS5708的數(shù)字音頻處理器（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。
• 時(shí)鐘系統(tǒng)：作為從設(shè)備，接受MCLK、SCLK和LRCLK。DAP支持時(shí)鐘控制寄存器中定義的所有采樣率和MCLK速率，能自動(dòng)檢測并設(shè)置內(nèi)部時(shí)鐘控制邏輯以適應(yīng)不同的時(shí)鐘速率。同時(shí)，具備強(qiáng)大的時(shí)鐘錯(cuò)誤處理能力，當(dāng)檢測到時(shí)鐘變化或錯(cuò)誤時(shí)，會靜音音頻并強(qiáng)制PLL使用內(nèi)部振蕩器作為參考時(shí)鐘，時(shí)鐘穩(wěn)定后自動(dòng)檢測新速率并恢復(fù)正常工作。

3.4 PWM部分

TAS5708的DAP使用噪聲整形和復(fù)雜的非線性校正算法，以實(shí)現(xiàn)高功率效率和高性能的數(shù)字音頻再現(xiàn)。PWM部分采用四階噪聲整形器增加音頻頻段的動(dòng)態(tài)范圍和信噪比，接受來自DAP的24位PCM數(shù)據(jù)并輸出兩個(gè)BTL PWM音頻輸出通道。此外，PWM部分還具有獨(dú)立的通道直流阻塞濾波器和去加重濾波器，可根據(jù)需要啟用或禁用，且最大調(diào)制限制可調(diào)，范圍為93.8% - 99.2%。

3.5 I2C兼容串行控制接口

TAS5708的DAP具有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)。該接口支持單字節(jié)和多字節(jié)的讀寫操作，用于對設(shè)備寄存器進(jìn)行編程和讀取設(shè)備狀態(tài)。在實(shí)際應(yīng)用中，需注意I2C通信的時(shí)序要求，如SCL頻率、脈沖持續(xù)時(shí)間、上升和下降時(shí)間等參數(shù)。

3.6 動(dòng)態(tài)范圍控制（DRC）與雙二階濾波器（Biquads）

• DRC：DRC方案具有單個(gè)閾值、偏移和斜率，且左右聲道共用一個(gè)DRC。它能自動(dòng)調(diào)整音量，實(shí)現(xiàn)專業(yè)級的動(dòng)態(tài)范圍壓縮，避免音頻信號削波，同時(shí)可設(shè)置攻擊和衰減時(shí)間常數(shù)，實(shí)現(xiàn)透明壓縮。
• Biquads：所有雙二階濾波器使用二階IIR濾波器結(jié)構(gòu)，每個(gè)雙二階濾波器在直接路徑上有3個(gè)系數(shù)（b0、b1、b2），在反饋路徑上有2個(gè)系數(shù)（a1和a2），可用于揚(yáng)聲器均衡，改善音頻性能。

3.7 銀行切換

TAS5708采用銀行切換和自動(dòng)采樣率檢測相結(jié)合的方法。所有因不同采樣率而需改變的處理特性都存儲在三個(gè)內(nèi)部銀行中，用戶可編程設(shè)置每個(gè)銀行對應(yīng)的采樣率。默認(rèn)情況下，銀行1用于32kHz模式，銀行2用于44.1/48kHz模式，銀行3用于其他速率。啟用自動(dòng)銀行切換后，設(shè)備能自動(dòng)檢測輸入采樣率的變化并切換到相應(yīng)的銀行，無需MCU干預(yù)。

四、應(yīng)用信息與推薦使用模型

4.1 輸出信號電平計(jì)算

TAS5708的增益由控制器的總數(shù)字增益乘以功率級的增益得出。功率級增益與調(diào)制水平和音頻輸出電壓有關(guān)，控制器增益與編程的數(shù)字增益、最大調(diào)制水平和數(shù)字輸入滿量程分?jǐn)?shù)有關(guān)。通過相應(yīng)的公式可計(jì)算出單端（SE）和橋接負(fù)載（BTL）模式下的輸出信號電平。

4.2 推薦使用模型

在實(shí)際應(yīng)用中，需遵循推薦的命令序列進(jìn)行設(shè)備的初始化、正常操作和關(guān)機(jī)。初始化時(shí)，要確保所有數(shù)字輸入為低電平，逐步提升AVDD/DVDD和PVCC/AVCC電源電壓，進(jìn)行振蕩器校準(zhǔn)和DAP配置等操作。正常操作時(shí)，支持對主/通道音量寄存器的寫入、軟靜音寄存器的寫入、進(jìn)入和退出關(guān)機(jī)以及處理時(shí)鐘錯(cuò)誤和速率變化等事件。關(guān)機(jī)時(shí)，需按照特定的順序進(jìn)行操作，以確保設(shè)備安全穩(wěn)定地關(guān)閉。

五、總結(jié)

TAS5708憑借其出色的音頻性能、豐富的功能和強(qiáng)大的保護(hù)機(jī)制，為電子工程師在音頻功率放大器設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要深入理解其各項(xiàng)特性和技術(shù)細(xì)節(jié)，合理進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和參數(shù)配置，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的音頻輸出。大家在使用TAS5708過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。