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標(biāo)題: TPA311x功放噪聲分析控制及TPA3116D2中文資料與引腳圖等 [打印本頁]

作者: yxw713 時(shí)間: 2018-8-2 11:26
標(biāo)題: TPA311x功放噪聲分析控制及TPA3116D2中文資料與引腳圖等
TPA31xxD2引腳圖：

TPA3116D2 具有AM 干擾抑制功能的15W、30W、50W
無濾波器D類立體聲放大器系列

特性
支持多種輸出配置
21V 電壓、4Ω 橋接負(fù)載 (BTL) 負(fù)載條件下的功率為 2 × 50W (TPA3116D2)
24V 電壓、8Ω BTL 負(fù)載條件下的功率為 2 × 30W (TPA3118D2)
15V 電壓、8Ω BTL 負(fù)載條件下的功率為 2 × 15W (TPA3130D2)
寬電壓范圍：4.5V 至 26V高效 D 類運(yùn)行
兼具 > 90% 的功率效率與低空閑損耗特性，大幅減小了散熱器尺寸
高級(jí)調(diào)制系統(tǒng)配置，多重開關(guān)頻率，AM 干擾防止，主從模式同步
高達(dá) 1.2MHz 的切換頻率
采用具有高 PSRR 的反饋功率級(jí)架構(gòu)，降低了 PSU 需求
可編程功率限制，差分和單端輸入
立體聲模式和單聲道模式（采用單濾波器單聲道配置）
由單電源供電運(yùn)行，減少了元件數(shù)量
集成了具有錯(cuò)誤報(bào)告功能的自保護(hù)電路，其中包括過壓、欠壓、過熱、直流檢測(cè)和短路等保護(hù)，耐熱增強(qiáng)型封裝
DAD（32 位引腳散熱薄型小外形尺寸 (HTSSOP) 封裝，焊盤朝上）
DAP（32 位 HTSSOP 封裝，焊盤朝下）
-40°C 至 85°C 環(huán)境溫度范圍

應(yīng)用
小型-微型組件、揚(yáng)聲器、擴(kuò)展塢底座
汽車售后
陰極射線管 (CRT) TV
消費(fèi)類音頻應(yīng)用

說明
TPA31xxD2 系列器件是用于驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的高效立體聲數(shù)字放大器功率級(jí)，單聲道模式下的驅(qū)動(dòng)功率高達(dá) 100W/2Ω。 TPA3130D2 的效率非常高，無需外部散熱器即可在單層 PCB 板上提供 2 × 15W 的功率。 TPA3118D2 甚至可以在不使用外部散熱器的情況下在雙層 PCB 上提供 2 × 30W/8Ω 的功率。如果需要更高的功率，可以選用 TPA3116D2，這款器件在其頂層 PowerPAD 上連接一個(gè)小型散熱器后可提供 2 × 50W/4Ω 的功率。所有這三款器件均使用同一種封裝，這樣一來，使用同一個(gè) PCB 板即可滿足不同功率級(jí)的需求。
TPA31xxD2 高級(jí)振蕩器/PLL 電路采用多開關(guān)頻率選項(xiàng)來抑制 AM 干擾；搭配使用主從模式選項(xiàng)時(shí)，還可使多個(gè)器件實(shí)現(xiàn)同步。
TPA31xxD2 器件針對(duì)短路、過熱、過壓、欠壓和直流等故障提供了全面保護(hù)。在過載情況下，器件會(huì)將故障情況報(bào)告給處理器，從而避免自身遭到損壞。

TPA311x 系列模擬輸入音頻功放是德州儀器半導(dǎo)體公司（Texas Instruments）推出的中小功率的 Class D 音頻功放產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有 SpeakerGuard™保護(hù)功能及優(yōu)秀的 EMI 性能。非常適合在在平板電視、iPhone Docking 等產(chǎn)品中使用。本文結(jié)合實(shí)際應(yīng)用分析了常見 POP 聲的原理及解決方案。

啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)序
為了優(yōu)化開關(guān)機(jī)的 POP 聲和避免 DC Detect 功能的誤觸發(fā)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要注意主芯片和TPA311x 器件的啟動(dòng)時(shí)序。啟動(dòng)時(shí)序分為電源時(shí)序和使能時(shí)序兩種，電源時(shí)序是指系統(tǒng)中各種芯片電源供電或斷電的時(shí)序。而使能時(shí)序可理解為系統(tǒng)供電穩(wěn)定后由系統(tǒng)主控決定的器件功能使能的先后次序。
對(duì)于電源時(shí)序來說，由于多數(shù)主芯片的音頻輸出在上電和斷電過程中不太穩(wěn)定，理想的上電次序是系統(tǒng)主芯片先于 TPA311x 上電。然后 TPA311x 的 PVCC 再供電。斷電的理想時(shí)序正好相反，為 TPA311x 的電源先切斷，然后再切斷主控芯片的供電。
但是通常 TPA311x 的 PVCC 取自于系統(tǒng)的主電源，該電源一般在開機(jī)后最先輸出。隨后再通過DC/DC 或 LDO 降壓給主芯片供電。所以 TPA311x 一般在主芯片穩(wěn)定前已經(jīng)供電并啟動(dòng)。這種設(shè)計(jì)中，上電時(shí)必須保證 TPA311x 的/SD 腳處于拉低狀態(tài)，避免主芯片上電過程中的 POP 聲輸出。掉電時(shí)，也需要將 TPA311x 置于 standby 狀態(tài)，避免主芯片掉電時(shí)的 POP 聲輸出。通常上電過程的 POP 聲較容易解決，但系統(tǒng)掉電時(shí)需要使用掉電檢測(cè)電路（詳見 2.6.2 節(jié)）來強(qiáng)制將TPA311x 的/SD 快速拉低來解決掉電 POP 聲的問題。

使能時(shí)序：由于主芯片音頻模擬輸出的偏置電壓一般在輸出使能后建立，此時(shí)需要保持 TPA311x的/SD 拉低，等待主芯片模擬輸出的偏置電壓穩(wěn)定后才可以將/SD 置高開啟功放。相反，需要關(guān)閉主芯片音頻模擬輸出功能時(shí)，需要先拉低/SD 將功放關(guān)閉后，再關(guān)閉主芯片的模擬輸出信號(hào)。這樣的時(shí)序是為了保證主芯片模擬輸出的偏置電壓掉電時(shí)不會(huì)引起 POP 聲。
2.2 輸入級(jí)模型
TPA311x 是單電源供電的模擬輸入 Class D 功放，這類功放的模擬輸入必須工作在直流偏置（DC BIAS）點(diǎn)上才可以正常傳輸交流音頻信號(hào)，簡(jiǎn)化的輸入級(jí)模型如圖 2 所示。TPA311x 的直流偏置電壓設(shè)定在 3V。

功放在啟動(dòng)時(shí)，偏置電壓會(huì)從 0V 上升到額定的偏置電壓，該過程的時(shí)間長(zhǎng)短取決于內(nèi)部偏置電壓源對(duì)外部阻抗網(wǎng)絡(luò)的充電速度。

TPA311x 差分輸入 INN 和 INP 的輸入偏置電壓建立的過程如圖 3 所示，若差分輸入 N 和 P 端的輸入偏置電壓建立速度不一樣（如圖 2A 所示）則兩者之差會(huì)形成差分信號(hào)輸入功放并被放大輸出，形成啟動(dòng)時(shí)的 POP 聲。差分輸入端偏置電壓建立過程的不平衡通常是因?yàn)檩斎爰?jí) INN 和 INP外部的阻抗不匹配所致。這種情況最容易出現(xiàn)在差分輸入用作單端輸入狀態(tài)。
2.3 TPA311x 的單端輸入方式
TPA311x 器件的模擬輸入是標(biāo)準(zhǔn)的差分輸入接口。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，推薦使用差分輸入方式來接駁主芯片的音頻輸出。使用差分輸入方式可以不僅 POP 聲的控制相對(duì)簡(jiǎn)單、信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，而且不會(huì)引起 DC Detection 功能的誤動(dòng)作。差分輸入方式和單端輸入方式的對(duì)比如下表所示：

不過在實(shí)際應(yīng)用中，由于多數(shù)主芯片的音頻模擬輸出是單端模式， TPA311x 的差分輸入必須配置為單端接法才能使用。如圖 4 所示，單端輸入時(shí)，主芯片輸出通過耦合電容連接功放 INP 腳。INN 輸入通過電容耦合到地即可。

使用單端輸入模式時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：1. 單端輸入模式應(yīng)用時(shí)需要更加注意音頻信號(hào)的走線和地平面的分布，因?yàn)閱味溯斎肽Ｊ經(jīng)]有能力抑制系統(tǒng)中的公模干擾信號(hào)。2. 相比差分信號(hào)輸入模式下，單端輸入，需要輸入兩倍的輸入信號(hào)電平來達(dá)到相同的輸出功率。3. 單端輸入模式必須注意 P/N 腳電路網(wǎng)絡(luò)的阻抗匹配，盡量不要在輸入級(jí)使用復(fù)雜的濾波網(wǎng)絡(luò)。不合適的阻抗網(wǎng)絡(luò)不僅會(huì)引起開關(guān)機(jī)的 POP 聲，也有可能引起 DC Detection 功能的誤觸發(fā)，導(dǎo)致功放鎖死。若必須在輸入級(jí)進(jìn)行濾波或增益設(shè)置，請(qǐng)參考 2.5 節(jié)使用運(yùn)放來進(jìn)行濾波及增益的調(diào)節(jié)。2.4 輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)的匹配若使用單端輸入的方式連接 TPA311x，則必須注意輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)的匹配問題。如圖 5 所示，功放的 INN 輸入端外部阻抗為 Zn，通常 Zn 為耦合電容。主芯片輸出阻抗一般很小，可認(rèn)為輸出阻抗為零，則 INP 輸入端外部阻抗約為 Zp。功放啟動(dòng)時(shí)內(nèi)部的偏置電壓會(huì)逐步建立，其過程即為向Zn 和 Zp 阻抗網(wǎng)絡(luò)充電的過程。若 Zn 和 Zp 阻抗相差太大，INN 和 INP 之間就會(huì)形成較大的差分信號(hào)，該差分信號(hào)被功放放大之后則形成 POP 聲。TPA311x 功放設(shè)計(jì)的啟動(dòng)時(shí)間為 14mS，該時(shí)間是從/SD 被拉高到功放輸出聲音的時(shí)間。若上述啟動(dòng)時(shí)對(duì)輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)的充電穩(wěn)定時(shí)間少于 14mS，則因阻抗不匹配引起的差分輸入也不會(huì)被放大而帶來 POP 聲的問題。減小 Zn 和 Zp 中的電容參數(shù)可以縮短輸入級(jí)穩(wěn)定時(shí)間，但減小電容會(huì)使得低頻增益降低，用戶需酌情考慮。

2.5 使用運(yùn)放建立隔離系統(tǒng)
在某些系統(tǒng)中，主芯片的音頻信號(hào)輸出不僅需要連接到功放輸入，還要輸出到 Line Out（線路輸出），或者其他的芯片進(jìn)行處理。該種情況下輸入級(jí)的網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜，單端輸入模式的阻抗匹配不容易實(shí)現(xiàn)。為了解決這個(gè)問題，可以使用運(yùn)放接成一個(gè)簡(jiǎn)單的跟隨器來建立一個(gè)隔離的阻抗輸入系統(tǒng)。跟隨器的輸入阻抗很高，對(duì)源信號(hào)沒有影響。其輸出阻抗非常低，可良好匹配 TPA311x的輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)。
圖 6 給出了使用跟隨器來建立一個(gè)隔離的輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)的電路。需要時(shí)，還可將運(yùn)放用來調(diào)節(jié)信號(hào)增益及濾波。

2.6 TPA311X Pop 聲分析及解決方案2.6.1 POP 的原因及調(diào)試方法TPA311x 的 Pop 聲有兩種可能的原因：輸入阻抗不匹配及不合理的系統(tǒng)時(shí)序輸入阻抗不匹配：輸入阻抗不匹配會(huì)引起器件啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)差分輸入端產(chǎn)生電壓差，這種 POP 聲是在/SD 電壓變化時(shí)產(chǎn)生的，發(fā)生在 TPA311x 輸入端的 Bias（偏置電壓）的建立過程中。遵從 2.2 節(jié)匹配輸入級(jí)阻抗網(wǎng)絡(luò)的方法即可解決該種 POP 聲。不合理的系統(tǒng)時(shí)序ZHCA4228 TPA311x 音頻功放 POP 噪聲分析及控制如 2.1 節(jié)所述，主芯片啟動(dòng)或關(guān)閉時(shí)，模擬輸出的偏置電壓也需要一個(gè)建立的過程，而且主芯片上電過程中也有可能輸出不可控的 POP 聲。所以在上電過程中，必須保證功放處于 Standby 狀態(tài)下。避免將前級(jí)芯片產(chǎn)生的 POP 聲放大輸出到喇叭。POP 聲的最終表現(xiàn)一樣，但根本原因可能有不同，以下是推薦的查找 POP 聲原因的調(diào)試方法：1. 隔離功放輸入和主芯片輸出；出現(xiàn) POP 聲后，首先要將主芯片的輸出斷開，并將功放輸入電路部分通過電容交流短路到地。此時(shí)可以控制/SD 腳電平模擬開關(guān)機(jī)過程。若 POP 聲仍然存在，則說明功放啟動(dòng)時(shí) P/N 腳對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)的充電速度不一致，導(dǎo)致差分輸入存在壓差所致。若 POP 消失，則可進(jìn)行下一步驗(yàn)證。2. 確認(rèn)功放無輸入情況下開關(guān)無 POP 聲之后，可使用外部電源給主芯片供電。保持主芯片電源不切斷是為了排除主芯片輸出在掉電時(shí)產(chǎn)生 POP 聲的影響。此時(shí)進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)正常的開關(guān)機(jī)驗(yàn)證 POP 聲。若 POP 聲消除，則可判斷主芯片掉電時(shí)序和功放的掉電時(shí)序不匹配，導(dǎo)致主芯片掉電時(shí)產(chǎn)生的 POP 聲被功放放大輸出。部分系統(tǒng)中電源并未完全關(guān)閉，系統(tǒng)有待機(jī)模式時(shí)可用待機(jī)芯片的 I/O 口進(jìn)行時(shí)序的控制，若系統(tǒng)的開關(guān)機(jī)是電源硬關(guān)斷模式則需要進(jìn)行系統(tǒng)電源時(shí)序的優(yōu)化。部分情況下，需要添加上電/掉電檢測(cè)電路（詳見 2.6.2 節(jié)）來控制 POP聲。2.6.2 掉電檢測(cè)電路在使用硬件開關(guān)直接關(guān)閉主電源的系統(tǒng)中，掉電時(shí)的 POP 聲控制較為困難。因?yàn)樵擃愊到y(tǒng)無法提前預(yù)知系統(tǒng)掉電，無法在掉電之前使用控制器 I/O 口靜音或關(guān)閉功放。這時(shí)就必須使用如圖 7 所示的掉電檢測(cè)電路來解決該問題。該電路可在系統(tǒng)電壓跌落初期提供控制信號(hào)，使用該控制信號(hào)拉低/SD 腳即可在掉電初期快速關(guān)閉功放。掉電檢測(cè)電路在正常供電時(shí) PVCC 會(huì)通過二極管 D1 和電阻 R1 向 C1 大電容充電。掉電初期，Q1 的基極電壓將隨著 PVCC 的跌落降低，直到跌落到 Q1 三極管打開后，C1 的電壓將通過 Q1送給 Q2 的基極，Q2 導(dǎo)通，/SD 被拉低。

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