TAS5704 - 20W立體聲數(shù)字音頻功率放大器的全面解析

在音頻功率放大器的領(lǐng)域中，Texas Instruments的TAS5704以其高效、高性能的特點(diǎn)脫穎而出。今天，我們就來深入探討這款20W立體聲數(shù)字音頻功率放大器的方方面面。

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一、產(chǎn)品概述

TAS5704是一款專為驅(qū)動(dòng)立體聲橋接揚(yáng)聲器而設(shè)計(jì)的高效數(shù)字音頻功率放大器。它具備兩個(gè)串行數(shù)據(jù)輸入，能夠處理多達(dá)四個(gè)獨(dú)立的音頻通道，并可與大多數(shù)接受廣泛輸入數(shù)據(jù)和時(shí)鐘速率的數(shù)字音頻處理器無縫集成。通過硬件可配置的數(shù)據(jù)路徑，這些通道可以路由到內(nèi)部揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器，也可以通過低音炮PWM輸出。

二、關(guān)鍵特性

（一）音頻輸入/輸出

• 功率輸出：在18V電源下，能夠向8Ω負(fù)載提供20W的功率。
• 輸入通道：擁有兩個(gè)串行音頻輸入（四個(gè)音頻通道），支持多種輸出配置，包括2通道橋接輸出（20W × 2）、4通道單端輸出（10W × 4）以及2通道單端 + 1通道橋接（2.1）（10W × 2 + 20W）。
• 電源范圍：PVCC范圍從10V到26V，輸出功率不受電源電壓變化的影響。
• 采樣率：支持32kHz - 192kHz（DVD - Audio）的采樣率（LJ/RJ/I2S），并具備線電平低音炮PWM輸出。

（二）音頻/PWM處理

• 增益控制：提供4級(jí)增益控制（ - 3dB、3dB、9dB、12dB）。
• 靜音控制：具備軟靜音控制（50%輸出占空比）。

（三）其他特性

• 內(nèi)部振蕩器：工廠校準(zhǔn)的內(nèi)部振蕩器能夠自動(dòng)檢測(cè)輸入采樣率。
• 保護(hù)功能：擁有熱保護(hù)和短路保護(hù)功能，確保設(shè)備的可靠性。

三、技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（一）閉環(huán)功率級(jí)架構(gòu)

閉環(huán)架構(gòu)為TAS5704帶來了諸多優(yōu)勢(shì)。高電源抑制比使得即使在嘈雜、低成本的電源下也能實(shí)現(xiàn)卓越的音頻性能；高阻尼系數(shù)能夠更精確地控制揚(yáng)聲器的運(yùn)動(dòng)，從而改善低音響應(yīng)；同時(shí)，開關(guān)邊沿速率控制在不犧牲音頻性能的前提下降低了EMC輻射。

（二）時(shí)鐘與自動(dòng)檢測(cè)

TAS5704是一個(gè)時(shí)鐘從設(shè)備，接受MCLK、SCLK和LRCLK。它能夠自動(dòng)檢測(cè)并將內(nèi)部時(shí)鐘控制邏輯設(shè)置為適合32kHz、正常速度（44.1或48kHz）、雙倍速度（88.2kHz或96kHz）和四倍速度（176.4kHz或192kHz）的頻率設(shè)置。

（三）PWM部分

該數(shù)字音頻處理器（DAP）擁有四個(gè)高性能數(shù)字PWM調(diào)制器通道，可驅(qū)動(dòng)采用AD或BD調(diào)制的橋接輸出H橋配置以及采用AD調(diào)制的單端輸出配置。通過噪聲整形和復(fù)雜的糾錯(cuò)算法，實(shí)現(xiàn)了高功率效率和高性能的數(shù)字音頻再現(xiàn)。

四、引腳功能與參數(shù)

（一）引腳功能

TAS5704采用64引腳的HTQFP封裝，每個(gè)引腳都有其特定的功能。例如，AGND為功率級(jí)的模擬地，AVCC為功率級(jí)的模擬電源，DVDD為3.3V數(shù)字電源等。詳細(xì)的引腳功能在數(shù)據(jù)手冊(cè)中有明確的說明，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體需求進(jìn)行正確的連接。

（二）絕對(duì)最大額定值

了解設(shè)備的絕對(duì)最大額定值對(duì)于確保其安全運(yùn)行至關(guān)重要。TAS5704的電源電壓、輸入電壓、輸入/輸出鉗位電流、工作溫度范圍等都有相應(yīng)的限制。例如，DVDD和AVDD的電源電壓范圍為 - 0.3V至3.6V，PVCC_X的范圍為 - 0.3V至30V。

（三）推薦工作條件

在推薦的工作條件下，TAS5704能夠發(fā)揮最佳性能。包括數(shù)字/模擬電源電壓、半橋電源電壓、輸入電壓的高低電平、工作環(huán)境溫度和結(jié)溫范圍等都有明確的要求。例如，DVDD的推薦值為3.3V，PVCC_xx的范圍為10V至26V。

五、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）閉環(huán)功率級(jí)特性

TAS5704的閉環(huán)架構(gòu)通過反饋回路根據(jù)電源電壓的變化調(diào)整PWM輸出占空比，確保輸出電壓和功率在電源過渡期間保持穩(wěn)定。其單端增益固定，橋接增益是單端增益的2倍。在關(guān)機(jī)和斷電時(shí)，需要按照規(guī)定的時(shí)間順序操作PDN引腳，以確保最佳的“噗聲”性能。

（二）電源設(shè)計(jì)

為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，TAS5704只需要一個(gè)用于功率塊的單電源（PVCC）和一個(gè)用于PWM輸入塊的3.3V（DVDD/AVDD）電源。同時(shí)，內(nèi)置的自舉電路為高端柵極驅(qū)動(dòng)提供了便利，只需要為每個(gè)半橋連接一個(gè)外部電容器。在電源上電和斷電時(shí)，需要注意電源的施加順序和時(shí)間。

（三）設(shè)備保護(hù)系統(tǒng)

TAS5704具備一套完整的保護(hù)電路，包括短路保護(hù)（SCP）、過溫保護(hù)（OTP）、欠壓保護(hù)（UVP）和過壓保護(hù)（OVP）。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)故障排除后，會(huì)根據(jù)相應(yīng)的條件恢復(fù)工作。例如，OTP在芯片溫度低于135°C時(shí)會(huì)重新開啟設(shè)備。

（四）輸出電容與濾波器

在單端應(yīng)用中，直流阻斷電容器與揚(yáng)聲器阻抗形成高通濾波器，其截止頻率由電容和揚(yáng)聲器阻抗決定。為了獲得最佳的頻率響應(yīng)，建議使用二階巴特沃斯平坦通帶輸出濾波器，并根據(jù)輸出配置和揚(yáng)聲器阻抗選擇合適的濾波器組件。

（五）電容器選擇

• 電源去耦電容：使用不同類型的兩個(gè)電容器來針對(duì)電源引線上的不同類型噪聲進(jìn)行濾波。高頻瞬變、尖峰或數(shù)字雜散噪聲使用低等效串聯(lián)電阻（ESR）的陶瓷電容器，低頻噪聲使用較大的鋁電解電容器。
• 自舉電容器：每個(gè)輸出到其對(duì)應(yīng)的自舉輸入需要連接一個(gè)220nF、額定電壓至少為25V的陶瓷電容器，以確保高端N溝道功率MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)電路的正常工作。
• VCLAMP電容器：每個(gè)VCLAMP端子到地需要連接一個(gè)1mF、額定電壓至少為16V的電容器，以確保NMOS輸出晶體管的最大柵源電壓不被超過。
• VBYP電容器：推薦使用1uF的陶瓷或鉭質(zhì)低ESR電容器，以實(shí)現(xiàn)最佳的“噗聲”性能和減少電源噪聲。

（六）PCB布局

由于TAS5704是高頻開關(guān)的D類放大器，PCB布局需要遵循一定的準(zhǔn)則。例如，高頻0.1mF去耦電容器應(yīng)盡可能靠近PVCC、VR_DIG和AVCC端子；AVCC去耦電容和BYPASS電容應(yīng)接地到模擬地（AGND），PVCCx去耦電容和VCLAMP_xx電容應(yīng)接地到功率地（PGND）；輸出濾波器應(yīng)盡可能靠近輸出端子；熱焊盤必須焊接到PCB上以確保良好的熱性能、音頻性能和可靠性。

六、測(cè)量系統(tǒng)

在進(jìn)行音頻性能測(cè)量時(shí)，需要使用音頻分析儀、數(shù)字萬用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器等基本設(shè)備。對(duì)于D類放大器，通常需要使用低通濾波器來測(cè)量音頻輸出波形。在連接設(shè)備時(shí)，需要注意信號(hào)源的平衡性、分析儀的輸入阻抗以及電纜的選擇，以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。

七、總結(jié)

TAS5704是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的數(shù)字音頻功率放大器。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要充分了解其特性、參數(shù)和應(yīng)用要點(diǎn)，合理選擇電源、電容器和濾波器，優(yōu)化PCB布局，以確保設(shè)備能夠發(fā)揮最佳性能。同時(shí)，在進(jìn)行性能測(cè)量時(shí)，也需要嚴(yán)格按照規(guī)范操作，以獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。你在使用TAS5704的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。