??? 隨著人們對(duì)汽車音響要求的提高，汽車音頻系統(tǒng)越來越復(fù)雜，音頻組件必須能處理更多信道、具有更高功率。在音頻放大應(yīng)用中，模擬AB類放大是常用技術(shù)，Class AB放大器也一直廣泛應(yīng)用于音頻行業(yè)。相比而言，D類放大技術(shù)采用了脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，可以將功率效率從50%提高到90%以上。這樣可以減少散熱，在更小的空間內(nèi)支持更多聲道和更高功率，所以業(yè)界開始向D類放大技術(shù)過渡。
??? 但是由于汽車環(huán)境對(duì)安全、診斷、工作溫度和高可靠性等要求苛刻，因此Class D技術(shù)的應(yīng)用受到技術(shù)條件的制約，例如電磁干擾（EMI）和電源噪音等。為解決Class D放大器面臨的技術(shù)難題，全球最大的汽車半導(dǎo)體供應(yīng)商飛思卡爾" title="飛思卡爾">飛思卡爾推出新型SymphonyTM Class D放大器，提供了一種高保真系統(tǒng)解決方案。它采用創(chuàng)新的數(shù)字反饋" title="數(shù)字反饋">數(shù)字反饋技術(shù)，將Class D放大器的音頻性能提升到一個(gè)前所未有的新水平；擴(kuò)大了飛思卡爾面向音頻應(yīng)用的SymphonyTM產(chǎn)品系列的陣容，為設(shè)計(jì)人員提供了完整的數(shù)字音頻解決方案。
1 飛思卡爾SymphonyTM D類解決方案介紹
??? 飛思卡爾的Class D數(shù)字放大器" title="數(shù)字放大器">數(shù)字放大器解決方案包括SymphonyTM FSA95601數(shù)字放大控制器芯片和飛思卡爾MC33851輸出功率級(jí)" title="功率級(jí)">功率級(jí)芯片，這兩部分相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)最佳的聲音質(zhì)量和性能。
?? ?·數(shù)字放大控制器（FSA95601）：高性能" title="高性能">高性能6聲道D類數(shù)字放大控制器。
?? ?·輸出功率級(jí)（MC33851）：雙聲道集成H橋式功率級(jí)和先進(jìn)的診斷及保護(hù)功能，適用于每個(gè)聲道需要50W～100W（橋接）功率的應(yīng)用。
??? 飛思卡爾的Class D數(shù)字放大器解決方案如圖1所示。FSA95601控制器首先對(duì)多聲道脈沖編碼調(diào)制（PCM）輸入進(jìn)行異步采樣率轉(zhuǎn)換和上采樣；然后通過先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)（包括自然取樣和噪聲整型）轉(zhuǎn)換成高頻率PWM信號(hào)；PWM信號(hào)與反饋調(diào)節(jié)相結(jié)合，糾正功率級(jí)或電源噪聲的非理想狀態(tài)引起的錯(cuò)誤；經(jīng)過校正的PWM信號(hào)通過嵌入式H型橋轉(zhuǎn)換，由MC33851功率級(jí)放大到電源電壓水平；最后經(jīng)過放大的方波通過LC濾波器產(chǎn)生正弦音頻信號(hào)，連接到揚(yáng)聲器。
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1.1 FSA95601數(shù)字放大控制器特性
??? FSA95601數(shù)字放大控制器具有專利的高性能數(shù)字信號(hào)反饋技術(shù)，可糾正功率級(jí)非理想狀態(tài)并抑制電源噪聲，同時(shí)保持出色的音頻性能。其技術(shù)參數(shù)如下：
??? (1)6聲道，每個(gè)聲道驅(qū)動(dòng)外部半橋或H型橋功率級(jí);
??? (2)低失真度（一般THD<0.01%，20Hz～20kHz，采用1kHz、-3dB FS(12W)輸入、14.4V電源、4?贅負(fù)載）;
??? (3)動(dòng)態(tài)噪音范圍>100dB，不加權(quán);
??? (4)芯片異步采樣率轉(zhuǎn)換器（ASRC）支持32kHz～192kHz的PCM輸入;
??? (5)I2C或SPI從模式控制端口，提供4個(gè)I2C地址;
??? (6)串行音頻接口（SAI）支持I2S、TDM和其它常見音頻格式，支持高達(dá)192kHz的輸入。
??? SymphonyTM FSA95601控制器用于全面支持需要更高功率的離散功率級(jí)設(shè)計(jì)，可直接連接到H型橋式功率級(jí)拓?fù)?，通過可調(diào)節(jié)的死時(shí)間控制來確保功率晶體管之間不會(huì)出現(xiàn)傳導(dǎo)重疊。反饋回路延遲補(bǔ)償可以根據(jù)功率級(jí)布板和器件延遲設(shè)置。
1.2 MC33851輸出功率級(jí)芯片特性
??? 輸出功率級(jí)芯片MC33851非常適用于汽車音像系統(tǒng)和惡劣環(huán)境。其技術(shù)參數(shù)如下：
??? (1)設(shè)計(jì)使用14.4V汽車電池直接供電，以2?贅的負(fù)載提供額定輸出功率，操作電源電壓高達(dá)24V;
??? (2)2個(gè)50W的功率H型橋；輸出可以橋接到100W; ?(3)過熱、過電流和低電壓報(bào)告;
??? (4)短路保護(hù)輸出、低電壓、過電壓和過熱關(guān)閉;
??? (5)較低的信道開啟阻抗（Rdson）;
??? (6)音頻pop噪聲抑制電路;
??? (7)提供8個(gè)I2C地址;
??? (8)周圍環(huán)境溫度：-40°C～125°C。
2 飛思卡爾SymphonyTM D突破性解決思路
??? 創(chuàng)新的SymphonyTM解決方案必須克服Class D系統(tǒng)的缺點(diǎn)，即電磁干擾（EMI）和電源噪音。制造商必須滿足EMI輻射水平，并確保輻射不會(huì)干擾AM/FM信號(hào)接收。在汽車中，通常由于環(huán)境條件限制（如引擎噪音）或選擇了低成本電源組件，電源條件一般不太理想。
2.1 解決電磁干擾
??? 為了解決這些難題，飛思卡爾的Class D數(shù)字放大器采用了PWM 技術(shù)，提供實(shí)時(shí)數(shù)字反饋，以實(shí)現(xiàn)電源噪聲抑制。D類放大器使用快速開關(guān)裝置提高功率效率。EMI可能會(huì)干擾諸如AM/FM收音機(jī)等設(shè)備。飛思卡爾的SymphonyTM D類放大器提供了若干套實(shí)用解決方案，以克服與開關(guān)放大器技術(shù)相關(guān)的潛在EMI問題。H橋功率級(jí)設(shè)備采用專利的可編程轉(zhuǎn)換速率控制，其中輸出開關(guān)速度可由用戶調(diào)節(jié)。如果與FSA95601一起使用，MC33851 H橋功率級(jí)轉(zhuǎn)換速率控制電路將降低EMI，且不會(huì)影響音頻質(zhì)量。SymphonyTM D類控制器內(nèi)置的多個(gè)控制器可同步6個(gè)PWM信道的可編程開關(guān)定相，以降低帶有6個(gè)聲道的系統(tǒng)EMI。軟件控制主PWM的頻率，從而克服了那些能在載波抑制模式下運(yùn)行的AM波段干擾。其中脈沖重復(fù)頻率及其奇次諧波在整個(gè)負(fù)載（揚(yáng)聲器）中也被差分地消除了。這樣，設(shè)計(jì)人員可以充分利用Class D放大器在功率效率方面的大幅改進(jìn)及其成本的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者期望的音頻質(zhì)量。
2.2 熱量更低、重量更輕
??? 汽車音頻組件所面臨的最重要挑戰(zhàn)之一就是散熱以及因散熱所帶來的器件尺寸的問題。傳統(tǒng)的外置式放大器由于傳統(tǒng)AB類放大技術(shù)的效率低而釋放出大量熱量，其封裝需要足夠大，才能在持續(xù)高溫工作時(shí)進(jìn)行散熱。SymphonyTM D類解決方案的高效率能夠最大程度地降低熱消散并縮小放大器的總體積。這就使汽車OEM可以更自由地將放大器放置在汽車內(nèi)。提高功率效率不僅可以縮小放大器的體積、減輕重量，還可以支持更多的信道。在某些情況下可以完全不再需要外置式放大器，在降低重量和功率的同時(shí)，可以提高燃油效率。
2.3 高性能數(shù)字反饋
??? 高性能數(shù)字反饋是飛思卡爾SymphonyTM D類數(shù)字放大器解決方案的主要優(yōu)點(diǎn)之一。高性能數(shù)字反饋可以糾正功率級(jí)非理想狀態(tài)，降低功率晶體管切換速度，以便減少EMI而不降低音頻性能。這種解決方案還提供出色的電源噪聲抑制功能，支持使用更低成本的供電組件。
??? FSA95601控制器反饋系統(tǒng)如圖2所示，其將切換功率級(jí)的輸出與內(nèi)部生成的理想PWM信號(hào)進(jìn)行比較，確保相應(yīng)聲道識(shí)別錯(cuò)誤;然后由A/D轉(zhuǎn)換器將識(shí)別錯(cuò)誤轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。數(shù)字化錯(cuò)誤部分的補(bǔ)償與原始PWM信號(hào)相結(jié)合，以便對(duì)定時(shí)或振幅錯(cuò)誤進(jìn)行必要的糾正。
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??? 綜上所述，飛思卡爾的SymphonyTM D類放大器解決方案在成本和性能之間達(dá)成了理想的平衡。飛思卡爾將廣泛采用的SymphonyTM DSP 平臺(tái)與FSA95601數(shù)字放大控制器和MC33851輸出功率級(jí)相結(jié)合，具有更高的功率效率，散熱更少，可以在更小的空間內(nèi)支持更多信道和更高功率，提供令人滿意的聽覺體驗(yàn)，同時(shí)具有高級(jí)診斷和保護(hù)功能，為音頻處理和放大提供了真正的端到端數(shù)字解決方案。