FDA903和FDA803：不只是D類音頻放大器，還可大幅度提升音質(zhì)

　　來源：意法半導(dǎo)體博客

　　

　　ST最近發(fā)布了FDA903Q規(guī)單聲道D類音頻放大器，進(jìn)一步完善了FDA903產(chǎn)品系列。該系列其他兩款產(chǎn)品分別是FDA903D和FDA903U。FDA903系列與FDA803系列非常相似，而且目標(biāo)應(yīng)用完全相同，都是汽車音響系統(tǒng)，只不過FDA903增加了為高端車型專門設(shè)計(jì)的電流檢測(cè)功能。目前，許多汽車廠商已經(jīng)在用FDA803，但FDA903可以為客戶帶來更多功能。此外，為確保我們的產(chǎn)品更好用，F(xiàn)DA803和FDA903引腳相互兼容。兩個(gè)系列都有D、Q和U三種型號(hào)，分別采用PowerSSO 36 pad down、VFQFN 48和PowerSSO 36 pad up封裝。

　　多年來，D類音頻放大器在汽車市場(chǎng)上蓬勃發(fā)展，這也是我們最初決定研發(fā)車規(guī)D類音頻放大器的原因。近些年來，電動(dòng)汽車提出了新的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)D類音頻放大器的依賴程度更高。首先，D類音頻放大器能夠達(dá)到電動(dòng)汽車的能效、設(shè)計(jì)靈活性和可靠性目標(biāo)。其次，音頻放大器讓電動(dòng)汽車更安全。電動(dòng)汽車在大部分情況下確實(shí)很安靜，對(duì)于駕駛者來說，靜謐性帶來非常棒的舒適感受，但對(duì)于行人或其他駕駛員來說，卻是致命的危險(xiǎn)，因?yàn)樗麄兟牪坏接衅�車駛近聲音。因此，電�?dòng)車企發(fā)明了模擬發(fā)動(dòng)機(jī)噪音的低速提示音系統(tǒng)(AVAS)，以提醒路上的其他參與者注意駛近的電動(dòng)車。下面讓我們來探討一下FDA803和FDA903是如何解決這些問題的。

　　為什么選擇D類音頻放大器？在哪里可以找到它們？

　　理由1:90%能效

　　

　　▲PWM Control PWM控制

　　音頻放大器的基本工作原理是接收并處理輸入音頻信號(hào)，把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，輸出到揚(yáng)聲器。音頻放大器的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是確保輸出信號(hào)忠實(shí)于輸入信號(hào)，并且放大過程節(jié)能高效。最后一點(diǎn)在電動(dòng)汽車中尤為重要，因?yàn)殡妱?dòng)車只有節(jié)能才能延長續(xù)航里程。因此，應(yīng)盡量避免信號(hào)失真，同時(shí)保證功放的功耗也盡可能低。D類功放脫穎而出的原因是它在所有類別的音頻功放中能效最高，擁有高于90%的能效。功放通常使用脈寬調(diào)制或sigma-delta調(diào)制方法生成輸出信號(hào)。

　　理由2:小尺寸的靈活性

　　目前有許多應(yīng)用場(chǎng)景都在使用D類音頻放大器。由于能效高，汽車和消費(fèi)類產(chǎn)品的小型揚(yáng)聲器往往會(huì)優(yōu)先考慮D類音頻功放。因此，電視、電腦和許多其他類型的小型音箱或電池供電的揚(yáng)聲器都使用這類放大器。D類音頻放大器的封裝較小，有助于縮小應(yīng)用系統(tǒng)的外觀尺寸，甚至可以安裝在助聽器內(nèi)。FDA903Q的尺寸僅為7 mm x 7 mm x 1 mm。與其他類別的音頻放大器相比，D類放大器的工作電壓較低。此外，高能效意味著產(chǎn)生的熱量少，這樣，廠商就能夠開發(fā)尺寸更小的娛樂系統(tǒng)，對(duì)希望一直節(jié)省空間，提高續(xù)航里程或燃油經(jīng)濟(jì)性的車企來說，這是一個(gè)福音。

　　FDA903和FDA803系列有哪些共同點(diǎn)？

　　理由3:多功能性

　　

　　▲FDA903Q

　　FDA803和FDA903都通過了AEC-Q100認(rèn)證，可適用于眾多汽車應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)幫助汽車廠商設(shè)計(jì)多種應(yīng)用。例如，兩個(gè)系列都集成一個(gè)108 dB數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可以驅(qū)動(dòng)車內(nèi)外的揚(yáng)聲器。它們還支持寬壓電源（3.3 V和18 V之間），工程師可以通過汽車電池、外部降壓轉(zhuǎn)換器或小電池為功放供電。因此，即使在汽車電池耗盡后，ST放大器仍可以發(fā)出報(bào)警聲或提示音提示駕駛員注意。這兩個(gè)FDA系列產(chǎn)品還提供診斷功能，以提高其運(yùn)行的穩(wěn)健性和靈活性。例如，系統(tǒng)可以檢測(cè)揚(yáng)聲器短路故障或者提供放大器過熱保護(hù)功能。

　　理由4:性能

　　這兩個(gè)系列都可以用于設(shè)計(jì)高端音頻系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈兌技嫒莞哌_(dá)192 kHz的采樣頻率。我們的工程師還在濾波器后加一個(gè)“反饋電路”，以提高信噪比，實(shí)現(xiàn)平坦的頻率響應(yīng)，降低輸出失真。我們?cè)谇懊嬉呀?jīng)提過，在典型的D類放大器中，輸入信號(hào)先經(jīng)過調(diào)制器處理再送到輸出級(jí)，然后經(jīng)由低通濾波器濾除信號(hào)內(nèi)的噪聲，最后送到揚(yáng)聲器。在最后的濾波器后面增加反饋電路，放大器可以對(duì)揚(yáng)聲器進(jìn)行一些測(cè)量，用于查找老化組件，優(yōu)化頻響曲線。

　　為什么FDA903的電流檢測(cè)很重要？

　　監(jiān)測(cè)揚(yáng)聲器

　　電流檢測(cè)是FDA903的一個(gè)獨(dú)有功能。簡(jiǎn)而言之，該產(chǎn)品可以監(jiān)測(cè)流向揚(yáng)聲器的電流。這是客戶要求的一項(xiàng)功能，因?yàn)橥ㄟ^這個(gè)功能，客戶可以優(yōu)化發(fā)送到揚(yáng)聲器的模擬信號(hào)。工程師不必設(shè)計(jì)外部監(jiān)測(cè)電路，從而簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，縮小了系統(tǒng)尺寸。FDA903還可以檢測(cè)揚(yáng)聲器是否正在接收信號(hào)或是否存在問題。最后，電流檢測(cè)可以幫助系統(tǒng)根據(jù)揚(yáng)聲器的行為調(diào)整均衡器。因此，開發(fā)人員可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地提高音質(zhì)，取代揚(yáng)聲器固定參數(shù)調(diào)音方法。

　　理由5：電流檢測(cè)提升安全性

　　電流檢測(cè)可以在一定程度上解決電動(dòng)汽車帶來的最新挑戰(zhàn)。要使AVAS提示音系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)必須可靠、高效。簡(jiǎn)而言之，聲音必須足夠響亮，盡管有環(huán)境噪音，也能夠提醒行人。該系統(tǒng)還必須可靠，駕駛者開車不知道外部喇叭不響是不行的，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性后果。通過提供診斷矩陣和電流檢測(cè)功能，F(xiàn)DA903可以把安全性和可靠性提高到一個(gè)的水平。此外，大功率輸出和優(yōu)化功能使芯片能夠驅(qū)動(dòng)外部喇叭發(fā)出洪亮的聲音，同時(shí)保持高能效。

　　動(dòng)手實(shí)操

　　

　　▲EVAL-FDA903Q

　　親自試用是評(píng)測(cè)FDA803和FDA903系列的最佳方法。EVAL-FDA903Q可以讓工程師測(cè)試FDA803Q和FDA903Q。因此，設(shè)計(jì)人員可以看到他們的系統(tǒng)是否會(huì)從FDA903Q的電流檢測(cè)功能受益。該板提供一條音頻通道，通過I2C總線配置芯片，使用I2S接口發(fā)送音頻。我們還為希望測(cè)試PowerSSO-36 slug-up封裝的用戶提供EVAL-FDA903U評(píng)估板，為想要使用slug-down版本的用戶提供EVAL-FDA803D板。因此，只需三塊板卡，工程師就可以測(cè)試所有配置和價(jià)位的產(chǎn)品，看看哪一個(gè)最適合他們的項(xiàng)目。