平板顯示設備因為身形纖薄，很難為音頻功率放大器配置獨立的散熱器。早期的平板顯示設備采用線性功放，功率輸出能力有些偏�。ㄈ鏣DA1517及TPA1517等），甚至輸出功率只有1W的TEA2025B、TDA2822也在應用。效率比較高的D類放大器因此逐漸受到青睞，如TI（Texas Instruments，德州儀器）的TPA3004D2（2×12W，8Ω）在早期的平板顯示設備上曾有不少應用（像TCL的液晶電視機TCL-LCD47K3、TCL－26B66等）。隨著以高清數字電視、平板顯示器為代表的平板顯示設備逐漸走紅，輸出功率在10??30W的D類功放集成電路成為各半導體制造商關注的熱點之一，NXP（NXP Semiconductors，恩智浦半導體）自然也不例外。由于平板顯示設備的主要受限因素是厚度，所以此類集成電路并不苛求無輸出LPF（Low-Pass Filter 低通濾波器），以不采用獨立散熱器為前提，追求的是輸出功率和音頻性能的平衡，當然，此類集成電路也能應用在微型組合音響、無線音箱以及小型多媒體音響等纖巧型的音響系統(tǒng)中。不過，目前D類功放集成電路的成本和電路復雜程度都比線性功放集成電路要高一些，還主要出現(xiàn)在一些中、高端產品上。
NXP是從Philips（飛利浦）公司獨立出來的半導體部門，目前就音頻、視頻集成電路而言，可以認為NXP即Philips。本文介紹的2組4款D類功放集成電路是NXP目前面向平板顯示市場推出的比較有代表性產品。
概況與規(guī)格
1.前世今生之升級版
——TFA9810與TFA9815
TFA9810與TFA9815是引腳對引腳兼容的，即封裝形式、引腳數量、引腳功能都是完全一樣的，此外，兩者的典型工作電壓也一樣。TFA9810上市較早，TFA9815可以視作它的升級版，兩者的主要區(qū)別是TFA9815的功率輸出能力有所提高。除非有特別說明，以下以TFA9815為例的說明內容均適用于TFA9810。
TFA9815的引腳定義參見圖1，表1則列出了本文要介紹的、包括TFA9815在內的四款D類功放IC的主要技術規(guī)格，這四款IC有著相似的封裝和技術性能，只是市場定位的側重點不同。
產生調制信號可以用獨立的振蕩器（他激），一般不再特別說明，也可以利用比較器自身的振蕩（自激）。我們所熟悉的超外差式收音機的高頻電路，如果用一個晶體三極管同時擔當本地振蕩器和混頻電路的核心器件，這樣的單元電路稱為變頻器，一般用于普及型的產品中。如果混頻電路和本地振蕩器的核心器件是不同的晶體三極管，混頻電路則被稱為混頻器，一般用于中、高檔的收音機中。不過在D類放大器中，自激和他激并不代表產品的檔次，而是各有各的特點。
自激方式的調制頻率基本上是固定的，對輸入端的比較器而言，沒有信號時就是一個方波振蕩器，輸出端輸出的是方波。輸入端接有電容積分電路，將反饋回來的方波變成三角波，然后再和輸入信號比較，形成固定頻率的PWM調制，因此，自激方式是閉環(huán)結構。自激振蕩可以用遲滯比較器或者移相方式來實現(xiàn)，遲滯比較器就是將輸入級的比較器看成一個遲滯振蕩器，單從振蕩器的角度理解，可以將它視為基于施密特觸發(fā)器的振蕩器，比如用NE555構成的振蕩器，也可以將它視為一個加有正反饋的單限比較器。也就是說，這種自激方式是閉環(huán)的正反饋放大器，與我們常見的音頻放大器加有負反饋的情況剛好相反。因為是正反饋，而且反饋強度遠比電路中的寄生耦合強得多，所以這種方式可以消除由于電路寄生耦合而產生的自激振蕩。移相方式就是將輸出端反饋回來的信號移相180°，剛好滿足一個比較器啟振并穩(wěn)定振蕩的條件，這種方式在ICEpower（一種振幅取樣PWM調制的D類技術）中有應用，因篇幅所限，這里從略。
NXP以及之前的Philips的D類均廣泛采用基于遲滯比較器的他激方式，IR(International Rectifier，國際整流器)的D類放大器參考設計也是這種方式。從集成電路的內部等效電路很難看到這種電路的具體形式，Philips早期的D類輸出級TDA8925的應用電路，其前級電路采用是由運放組成的自激調制電路，可以參考，更容易理解的是圖2下圖所示的原理框圖。
TFA9815集成了相對完善的保護電路，這也是Philips，即NXP的音頻IC的一個特點，下文介紹的TDA8932、TDA8933所集成的保護功能還要多一些。TFA9815集成的保護功能具體如下：
◆ OTP，Over Temperature Protection，過熱保護，IC芯片的結溫超過150℃進入“打嗝”保護方式，打嗝間隔5ms；
◆ OCP，Over Current Protection，過流保護：限制輸出級的最大輸出電流，“打嗝”保護方式，打嗝間隔為5μs；
◆ OVP，Overvoltage Protection，過壓保護：供電電壓超過極限值時，放大器將關斷直至電壓降至正常范圍；
◆UVP，Under Voltage Protection，欠壓（自鎖）保護：低于最小工作電壓將關斷直至電壓升至正常范圍；
◆ ODP，Over Dissipation Protection，耗散功率超限保護：與OCP配合使用，結溫超過135℃而同時又是OCP狀態(tài)，放大器關斷直至狀態(tài)正常；
◆ WP，Window Protection，窗口保護：如果放大器啟動上電期間，輸出端對地或者電源短路，放大器將終止啟動直至負載連接正確。之所以稱為Window Protection是源于啟動期間的檢測方法，是時間窗口檢測的意思，即在特定一段時間（時間窗）內，地、電源對某參考點的阻抗是否符合設定要求。
有這么多的保護，是否就是萬無一失了呢？當然不是，只是多一層保護而已，可靠性不是單靠某一個器件所能解決的，要靠整個電路系統(tǒng)乃至整個應用系統(tǒng)。以OVP為例，如果供電電壓超過設定的極限值后還繼續(xù)升高，最后的結果必然是造成IC的擊穿損壞。
TF9815的典型應用采用12V電源軌，即12V電源系統(tǒng)。除了平板電視機，用于PC多媒體功放也很不錯，可以直接使用PC的12V電源而省去獨立的AC-DC電源。
2.孿生兄弟之穩(wěn)定版——TDA8932與TDA8933
TDA8932與TDA8933最早上市于2006年末或者2007年初。TDA8932上市的時間應該稍微早一些，最初采用HTSSOP32封裝，具體型號是TDA8932B，輸出功率略大。TDA8933最初則采用SO32封裝，具體型號是TDA8933T，輸出功率略小。TDA8932與TDA8933只是引腳功能兼容，因為底部帶有散熱焊盤的HTSSOP封裝比SO要纖巧一些，引腳間距也更小，除此之外，兩者的技術指標幾乎是完全相同的，因此稱之為“孿生兄弟”。經過升級改良，TDA8932的最新版本改用HTSSOP32和SO32兩種封裝形式，具體型號分別是TDA8932BT（SO32）和TDA8932BTW，而TDA8933則改為HTSSOP32一種封裝形式，具體型號是TDA8933BTW，與TDA8932BTW腳對腳兼容，而與TDA8932BT引腳功能兼容。所以，以下除非有特別說明，對TDA8932的說明同樣適用于TDA8933。對比表1和圖1，不難發(fā)現(xiàn)，TDA8932與TFA9815有很多相似之處，只是部分功能的引腳和排列有所不同。
TDA8932采用他激“Σ”方式，內部三角波振蕩器的頻率可以在300??500kHz之間通過10腳的電阻進行設定，因此仍是固定頻率的PWM調制。輸出級是DMOS（Double diffusion Metal Oxide Semiconductor，雙擴散金屬-氧化物半導體）半橋結構，可以配置成SE（Single-Ended）半橋雙通道（Stereo half-bridge）或者BTL全橋單通道放大器，支持單電源或者對稱雙電源供電。
DMOS是ST（STMicroelectronics，意法半導體）主導的一種功率場效應管制造工藝技術，這種工藝與傳統(tǒng)的CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor，互補型金屬氧化物半導體）的結構類似，只是針對大電流、高電壓需要進行了改進，主要是加厚了柵極氧化層的厚度，漏—源極采用了更為狹長的溝道結構，有LDMOS（（Lateral DMOS，橫向DMOS）和VDMOS（Vertical DMOS，垂直DMOS）兩種類型，前者有更低的飽和導通電阻和更高的開關速度，后者則可以耐更高的電壓。我們所熟知的、與LM3886齊名的TDA7294和TDA7293的輸出級就采用了DMOS構成的輸出級。
同一個系統(tǒng)中如果有不止一片TDA8932，這些集成電路就可以通過OSCIO（31腳）設置成主從模式，只使用“主”模式集成電路的內部振蕩器，其他“從”模式的集成電路的OSCREF引腳（10腳）懸空，振蕩器停用，從而實現(xiàn)調制信號的頻率同步，降低干擾信號的“總量”和功耗。其實多片集成電路以不同頻率工作也有好處，那就是雖然干擾信號的“總量”可能增加，但是干擾信號的分布頻帶和總體幅度卻可能更低。就是雖然干擾不少，但是強度都不大，簡單地說，同一把沙子（干擾）撒到碗里和很大的水池里所造成的影響并不是相同的，這種技術就是D類放大器中同樣廣泛采用的“擴譜調制”技術。
除了具備與TFA9815同樣的保護功能，TDA 8932還增加了如下保護功能：
◆ TF，Thermal Foldback：熱反饋保護技術，可以理解為主動方式的過熱保護。當結溫超過設定溫度時，電路的增益會逐漸降低，如果溫度仍然繼續(xù)上升，達到設定值時，OTP保護會自動啟動。
◆ UBP，UnBalance Protection：不平衡保護，當集成電路采用正、負雙電源供電時，如果兩者的絕對值不相等并且超過設定值，電路會進入關斷保護狀態(tài)。
◆ ESD，ElectroStatic Discharge：靜電泄放保護，在一些分立元件或者集成電路構成的D類放大器電路中，輸入端對地會接有一正一反兩個二極管，輸入端和電源、電源對地、正負電源之間也會反向連接有肖特基二極管，其目的之一就是為了實現(xiàn)靜電泄放保護。除此之外，輸入端的二極管可以起到限幅、防止電路過載的作用，電源上的反向二極管則可以對電源極性接反起到保護作用。
TDA8932典型工作電壓是22V，可以適用24V電源軌，加之有UBP和ESD保護，因此除了平板電視機，對于平板顯示器和車載多媒體音響系統(tǒng)也很適用，因為UBP可以起到對車載電路中特有的“搭鐵”情況的保護，即電源和汽車底盤短路造成電源電壓異常下跌時的保護。
NXP公司簡介
NXP公司的前身是荷蘭Philips Semiconductors（飛利浦半導體），NXP公司是從該集團獨立出來的半導體公司，全稱是NXP Semiconductors（NXP半導體），官方中文名稱是恩智浦。
NXP是歐洲第二大半導體公司，在全球排名第8位， NXP公司的產品涵蓋汽車電子、智能識別、家庭娛樂、手機及個人移動通信等五個領域，占營業(yè)收入70%的直接客戶包括Apple、Bosch（博世）、Dell、Ericsson（愛立信）、Flextronics（偉創(chuàng)力）、FoxConn（富士康）、Nokia、Philips、Samsung、Siemens、Sony等。NXP公司目前在上海有一個電視研發(fā)中心，在北京有一個3G研發(fā)中心，在吉林有一個半導體工廠。
音響產品方面，NXP公司目前以車載功放集成電路為主，包括很多的G類產品。其次是平板電視機中的音響系統(tǒng)，以D類為主。NXP公司獲得專利UCD（Universal Class D，通用D類放大器），一種基于自激拓撲的D類放大器方案正獲得不少愛好者的關注。
TFA9815是模擬輸入的雙通道D類功放集成電路，內部包含全差分輸入比較器、驅動邏輯、BTL（Bridge-Tied Load，橋接負載）功率輸出級、保護與控制邏輯，適用于自激閉環(huán)D類放大也可以構建開環(huán)型D類功放，兩種方式通過6腳進行轉換，6腳接地為閉環(huán)自激方式，懸空則是開環(huán)他激方式。
基于比較器和PWM（Pulse-Width Modulation 脈寬調制）的D類拓撲結構屬于經典的D類放大器，這種方式也稱為“Σ”。“Σ”在數學運算符中是“加”或者“累加”的意思，D類放大器中，模擬輸入信號和三角波（或者鋸齒波，用得比較少）分別輸入一個比較器的正相和反相輸入端，將模擬信號和三角波進行實時矢量相加，就可以獲得以脈沖寬度表示音頻信息的PWM方波信號，然后送到輸出級進行開關放大，電路框圖如圖2所示。將低頻信號（音頻）疊加到高頻信號（PWM方波）上的過程，稱為調制，三角波稱為調制信號。
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