隨著汽車電子技術(shù)迅速發(fā)展，車載音頻系統(tǒng)也在不斷升級，以滿足消費者對音頻體驗的更高要求。例如，支持多種外加音源(諸如DVD、SD卡、藍牙、數(shù)字廣播等)；電臺接收效果更好；音效處理更加豐富，甚至要達到Dolby 5.1等家用音響的效果。(圖1)。同時，汽車廠商和設計公司又希望能夠縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，加速上市。所有這些都對車載功放產(chǎn)品提出更高要求。
車載功放是車載娛樂系統(tǒng)中不可缺少的一個功能模塊。其作用是將音頻輸入的信號進行選擇與入處理，進行功率放大，使電信號具有推動音箱的能力。車載音頻系統(tǒng)對于功放多通道，高效率，低失真，智能化的要求，使功放模塊設計人員在設計功放的時候要面臨如下的技術(shù)挑戰(zhàn)：如何在有限的散熱空間內(nèi)，實現(xiàn)大功率，多通道輸出；如何監(jiān)控功放芯片本身的工作狀態(tài)，保證功放芯片在過溫，過壓，過流情況下不受損害；選擇怎樣的濾波電路，使功放模塊通過EMI檢測，不干擾其他模塊工作，尤其是不對收音模塊產(chǎn)生干擾。
車載功放技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
功放按工作原理分為A類、B類、AB類、D類，下面先簡要分析這幾類功放在車載音頻系統(tǒng)應用中的優(yōu)缺點。
A類是一種完全的線性放大器。在A類功率放大器工作時，晶體管的正負通道不論有或沒有信號都處于常開狀態(tài)，這就意味著更多的功率消耗為熱量。A類功率放大器的效率非常低，通常只有20-30%，因此在汽車音響的應用中比較少見，像意大利的Sinfoni高級系列才有這類功率放大器。但是A類功放也有顯著優(yōu)勢，例如失真最小（無交越失真和開關(guān)失真）、保真度高、聲音表現(xiàn)很好，所以深受音響發(fā)燒友青睞。
B類也被稱為線性放大器，但是它的工作原理與A類功放完全不同。B類功放在工作時，晶體管的正負通道通常是處于關(guān)閉狀態(tài)，除非有信號輸入。而且兩個通道不會同時工作，因此在沒有信號的部分，完全沒有功率損失。但是在正負通道開啟關(guān)閉的時候，常常會產(chǎn)生交越失真，特別是在低電平的情況下，所以B類功放不是真正意義上的高保真功率放大器。但是由于B類功放效率比較高，因而在早期許多汽車音響系統(tǒng)還是采用這類產(chǎn)品。
AB類是兼具A類與B類功放優(yōu)勢的一種設計。當沒有信號或信號非常小時，晶體管的正負通道都常開，這時功率有所損耗，但沒有A類嚴重。當信號是正相時，負相通道在信號變強前還是常開的，但信號轉(zhuǎn)強則負通道關(guān)閉。當信號是負相時，正負通道的工作剛好相反。AB類功放的主要缺陷在于會產(chǎn)生交越失真，但是在效率比以及保真度方面，還是優(yōu)于A類和B類功放，因而AB類功放成為目前汽車音響中應用最為廣泛的設計方案。
D類放大器與上述A，B或AB類放大器不同，其工作原理基于開關(guān)晶體管，可在極短的時間內(nèi)完全導通或完全截止。兩只晶體管不會在同一時刻導通，因此產(chǎn)生的熱量很少。這種類型的放大器效率極高(90%左右)，在理想情況下可達100%，而相比之下AB類放大器僅能達到78.5%。不過另一方面，開關(guān)工作模式也增加了輸出信號的失真。
隨著車載娛樂系統(tǒng)的發(fā)展，對功放部分的要求也越來越高：大功率、高效率（低散熱）、多通道、高保真、智能診斷及保護功能。傳統(tǒng)的AB 類功放已經(jīng)很難滿足這些要求，所以功放的發(fā)展趨勢是在D類功放的基礎上，改善EMC性能、降低失真度，并支持數(shù)字音源輸入。
新興的全數(shù)字音頻放大器對數(shù)字音源輸出的音頻信號進行直接處理和放大，可以方便地實現(xiàn)高保真、高效率和低成本的音頻放大器，因而可以為數(shù)字音源、音頻處理和功率放大的整合設計提供了完整的端到端數(shù)字解決方案。
典型方案介紹
針對不同的車載應用需求，恩智浦開發(fā)出多種車載功率放大器。產(chǎn)品系列豐富、功能完備、性能突出。例如，從單通道、雙通道到四通道，能滿足驅(qū)動多路負載的需要；功率范圍從1W到130W，可滿足各種負載的驅(qū)動要求；智能診斷及保護機制，既能給功放芯片提供過溫、過壓、過流、交叉短路及對地、對電源短路的保護機制，又能把功放工作狀態(tài)通過診斷管腳或者I2C通信反饋到MCU。
IPAS方案
集成功放和穩(wěn)壓器(IPAS)方案實現(xiàn)了在一顆IC上集成高功率放大器和多路電壓輸出調(diào)節(jié)器，能夠有效縮短產(chǎn)品設計周期、降低系統(tǒng)成本。例如，恩智浦的TDA8588是一個由I2C總線控制的多路電壓輸出調(diào)節(jié)器和四通道ＢＴＬ音頻放大器（４×５０Ｗ）。通過I2C總線，能讀出每個放大器通道的工作狀態(tài)。由于能輸出大功率，并提供穩(wěn)定的電壓輸出，對于車載娛樂系統(tǒng)應用來說，TDA8588是一個完整、經(jīng)濟的解決方案。
低功耗、高效D類功放方案
現(xiàn)在的車載娛樂系統(tǒng)擁有越來越多的揚聲器，更多的通道意味著更大的功耗和更高的溫度。但車載娛樂模塊的體積有限，不能支持更大的散熱片，所以需要使用更高效的D類功放。
為此，恩智浦開發(fā)出低功耗高效車載D類功放TDF859X系列產(chǎn)品，該系列產(chǎn)品基于絕緣體硅片（SOI）處理功能和具有專利技術(shù)的零死區(qū)時間技術(shù)，具備卓越的EMC性能以及智能診斷及保護功能。
其中TDF8599TH是具有診斷特征的I2C總線控制雙通道Ｄ類功放。TDF8599TH工作模式分為I2C和NON-I2C兩種模式，可以通過I2C總線檢測負載工作狀態(tài)和故障診斷。
為了滿足車載娛樂多路揚聲器的需要，TDF8599TH能實現(xiàn)多片協(xié)同工作，實現(xiàn)多路輸出。(圖2)一片TDF8599TH作為主芯片，其他作為從芯片，并共享主芯片的時鐘。恩智浦提供完整的TDF8599TH應用參考設計，在這里我們簡要說明參考設計各部分的注意事項。
圖2 TDF8599的主從工作模式。
圖3中，通過推薦的電感濾波器，在Vp1，Vp2的電源輸入處消除噪聲。音頻輸入部分無特殊要求，只要根據(jù)參考設計中推薦數(shù)值進行匹配。ADS管腳是控制硬件地址選擇，通過不通的電阻值來對應不同的I2C地址，在NON-I2C 模式下可以直接接地。MOD管腳是控制功放不同的輸出模式，在I2C控制模式下有立體聲模式和平行模式，在NON-I2C模式下有AD或BD模式，并控制從芯片是否有90度相移。CLIP和DIAG管腳是失真檢測和診斷輸出，通過5V上拉，在高電平輸出情況下表示工作正常，低電平表示有失真或故障。在音頻輸出部分，通過兩級濾波，可實現(xiàn)較好的EMC性能。
圖3 TDF8599TH 芯片結(jié)構(gòu)圖。
本文小結(jié)
車載音頻領域的技術(shù)革新持續(xù)發(fā)展，數(shù)字廣播、后座娛樂、無線連接等新功能的涌現(xiàn)，要求車載功放產(chǎn)品相應加速更新?lián)Q代，從傳統(tǒng)AB類功放到D類功放，以及下一代數(shù)字功放，車載功放產(chǎn)品在輸出功率、智能控制及診斷功能等方面不斷完善，以滿足現(xiàn)有及未來市場需求。 |
