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)計的電流檢測功能。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。兩個系列都有D、Q和U三種型號，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，電動汽車提出了新的應(yīng)用場景，對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到電動汽車的能效、設(shè)計靈活性和可靠性目標。其次，音頻放大器讓電動汽車更安全。電動汽車在大部分情況下確實很安靜，對于駕駛者來說，靜謐性帶來非常棒的舒適感受，但對于行人或其他駕駛員來說，卻是致命的危險，因為他們聽不到有汽車駛近聲音。因此，電動車企發(fā)明了模擬發(fā)動機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，把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，輸出到揚聲器。音頻放大器的設(shè)計挑戰(zhàn)是確保輸出信號忠實于輸入信號，并且放大過程節(jié)能高效。最后一點在電動汽車中尤為重要，因為電動車只有節(jié)能才能延長續(xù)航里程。因此，應(yīng)盡量避免信號失真，同時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。

　　理由2:小尺寸的靈活性

　　目前有許多應(yīng)用場景都在使用D類音頻放大器。由于能效高，汽車和消費類產(chǎn)品的小型揚聲器往往會優(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)，對希望一直節(jié)省空間，提高續(xù)航里程或燃油經(jīng)濟性的車企來說，這是一個福音。

　　FDA903和FDA803系列有哪些共同點？

　　理由3:多功能性

　　

　　▲FDA903Q

　　FDA803和FDA903都通過了AEC-Q100認證，可適用于眾多汽車應(yīng)用場景，同時幫助汽車廠商設(shè)計多種應(yīng)用。例如，兩個系列都集成一個108 dB數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可以驅(qū)動車內(nèi)外的揚聲器。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)出報警聲或提示音提示駕駛員注意。這兩個FDA系列產(chǎn)品還提供診斷功能，以提高其運行的穩(wěn)健性和靈活性。例如，系統(tǒng)可以檢測揚聲器短路故障或者提供放大器過熱保護功能。

　　理由4:性能

　　這兩個系列都可以用于設(shè)計高端音頻系統(tǒng)，因為它們都兼容高達192 kHz的采樣頻率。我們的工程師還在濾波器后加一個“反饋電路”，以提高信噪比，實現(xiàn)平坦的頻率響應(yīng)，降低輸出失真。我們在前面已經(jīng)提過，在典型的D類放大器中，輸入信號先經(jīng)過調(diào)制器處理再送到輸出級，然后經(jīng)由低通濾波器濾除信號內(nèi)的噪聲，最后送到揚聲器。在最后的濾波器后面增加反饋電路，放大器可以對揚聲器進行一些測量，用于查找老化組件，優(yōu)化頻響曲線。

　　為什么FDA903的電流檢測很重要？

　　監(jiān)測揚聲器

　　電流檢測是FDA903的一個獨有功能。簡而言之，該產(chǎn)品可以監(jiān)測流向揚聲器的電流。這是客戶要求的一項功能，因為通過這個功能，客戶可以優(yōu)化發(fā)送到揚聲器的模擬信號。工程師不必設(shè)計外部監(jiān)測電路，從而簡化了設(shè)計，縮小了系統(tǒng)尺寸。FDA903還可以檢測揚聲器是否正在接收信號或是否存在問題。最后，電流檢測可以幫助系統(tǒng)根據(jù)揚聲器的行為調(diào)整均衡器。因此，開發(fā)人員可以實時動態(tài)地提高音質(zhì)，取代揚聲器固定參數(shù)調(diào)音方法。

　　理由5：電流檢測提升安全性

　　電流檢測可以在一定程度上解決電動汽車帶來的最新挑戰(zhàn)。要使AVAS提示音系統(tǒng)達到設(shè)計要求，系統(tǒng)必須可靠、高效。簡而言之，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，因為這會導(dǎo)致災(zāi)難性后果。通過提供診斷矩陣和電流檢測功能，F(xiàn)DA903可以把安全性和可靠性提高到一個的水平。此外，大功率輸出和優(yōu)化功能使芯片能夠驅(qū)動外部喇叭發(fā)出洪亮的聲音，同時保持高能效。

　　動手實操

　　

　　▲EVAL-FDA903Q

　　親自試用是評測FDA803和FDA903系列的最佳方法。EVAL-FDA903Q可以讓工程師測試FDA803Q和FDA903Q。因此，設(shè)計人員可以看到他們的系統(tǒng)是否會從FDA903Q的電流檢測功能受益。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。我們還為希望測試PowerSSO-36 slug-up封裝的用戶提供EVAL-FDA903U評估板，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，工程師就可以測試所有配置和價位的產(chǎn)品，看看哪一個最適合他們的項目。