為何要在汽車信息娛樂系統(tǒng)中使用D類音頻放大器

您是否了解所有融入當(dāng)今新車的最新技術(shù)？這些技術(shù)振奮人心，其中一些技術(shù)甚至應(yīng)用于入門級(jí)和經(jīng)濟(jì)型車輛中：

·自動(dòng)制動(dòng)汽車的帶緊急制動(dòng)系統(tǒng)的前向碰撞警告可避免前方汽車突然停止時(shí)發(fā)生追尾事故。

·可自動(dòng)將汽車完美送回縱列式停車位的高級(jí)駐車引導(dǎo)系統(tǒng)。

·車道保持輔助技術(shù)可讓您的座椅振動(dòng)，提醒您正通過車道漂移；它甚至可自動(dòng)控制駕駛，以確保您的汽車保持在白線內(nèi)。

新的信息娛樂系統(tǒng)（圖1）處理目前車輛內(nèi)的導(dǎo)航、音樂、廣播和流媒體服務(wù)。客戶主要購買的是中檔或入門級(jí)汽車，他們自然而然地期望信息娛樂系統(tǒng)能和我們的智能手機(jī)和平板電腦一樣擁有大型液晶顯示屏（LCD）觸摸屏。他們還期望汽車能夠支持藍(lán)牙?和/或Wi-Fi?，以便他們可播放音樂、播客或新聞。

圖 1：汽車信息娛樂系統(tǒng)

本文中，我將討論新汽車信息娛樂系統(tǒng)中音頻放大器的幾個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)考慮因素。

尺寸

一些高級(jí)功能需要他們自有專用的處理器和傳感器。而這些處理器和傳感器通常位于儀表板后面的獨(dú)立電子控制單元（ECU）箱中。儀表板背后的空間極其有限，因此一級(jí)ECU供應(yīng)商始終在尋找縮小這些ECU箱占地面積的方法，包括信息娛樂系統(tǒng)音響主體單元（無線電和音頻放大器所在的位置）的尺寸，以便為高級(jí)功能留有更多空間。

熱

添加新功能需要越來越多的處理能力。性能更強(qiáng)的片上系統(tǒng)（SoC）處理器運(yùn)行速度更快，通常消耗更多功率且產(chǎn)生更多熱量。同樣地，信息娛樂系統(tǒng)中較大的LCD觸摸屏也會(huì)受到信息娛樂系統(tǒng)音響主機(jī)單元箱內(nèi)部產(chǎn)生的熱量的影響。因此，一級(jí)ECU供應(yīng)商正在尋找降低信息娛樂系統(tǒng)音響主機(jī)單元內(nèi)部總熱負(fù)荷的方法。

一級(jí)ECU供應(yīng)商一直在信息娛樂系統(tǒng)音響主機(jī)單元內(nèi)使用AB類音頻放大器。但AB類放大器的效率明顯低于新型D類放大器設(shè)計(jì)（見圖2）。這很重要，因?yàn)槠嚨囊纛l放大器是音響主機(jī)單元內(nèi)的第二大發(fā)熱源，緊隨SoC之后。音響主機(jī)單元箱內(nèi)產(chǎn)生的更多熱量意味著設(shè)計(jì)人員需要包含更大的無源輻射散熱器或機(jī)械風(fēng)扇。這兩種選擇都加劇了減少整體解決方案尺寸的目標(biāo)。

圖 2：AB類與D類效率

德州儀器將在2018年的消費(fèi)電子展（CES）上展示業(yè)界首款2.1MHz高開關(guān)頻率D類模擬輸入汽車音頻放大器。我們設(shè)計(jì)了TPA6404-Q1，以完美解決與信息娛樂系統(tǒng)音響主機(jī)單元尺寸和熱負(fù)荷相關(guān)的問題。

D類放大器通常在~400kHz時(shí)啟動(dòng)和關(guān)閉放大器。TPA6404-Q1D類放大器設(shè)計(jì)中更高的2.1MHz開關(guān)頻率顯著降低輸出濾波器的電感值。如圖3所示，使用較新的3.3μH金屬合金型電感器的2.1MHz設(shè)計(jì)（與400kHz放大器所需的更大的10μH/8.2μH電感值截然相反）可讓用于四通道解決方案的所有八個(gè)電感器剛好放入與僅一個(gè)電感值為8.2μH的電感器相同的占位面積。

圖 3：電感器尺寸比較

TPA6404-Q1的另一個(gè)關(guān)鍵特性是有助于實(shí)現(xiàn)小型四通道放大器解決方案尺寸的其“流通式”音頻信號(hào)設(shè)計(jì)。圖4展示模擬輸入信號(hào)如何進(jìn)入芯片一側(cè)的放大器器件；然后，音頻信號(hào)的放大發(fā)生在器件的相反側(cè)，其中信號(hào)流入外部輸出濾波器。

圖 4：TPA6404-Q1的流通式設(shè)計(jì)

將金屬合金3.3μH電感器與流通式設(shè)計(jì)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)業(yè)界最小的四通道汽車D類放大器尺寸。圖5展示尺寸僅為4.5cm2的TPA6404-Q1完整解決方案（包括放大器和所有必需的無源組件）。

圖 5：四通道D類放大器解決方案尺寸

若您需要專注于減少整體解決方案尺寸以及入門級(jí)信息娛樂系統(tǒng)音響主機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，那么請您了解有關(guān)TTPA6404-Q1 2.1-MHz D類放大器如何能夠提供更多幫助的更多詳細(xì)信息。為啟動(dòng)設(shè)計(jì)，您還可使用TPA6404-Q1評估模塊（EVM）以及原理圖、設(shè)計(jì)文件和布局指南縮短開發(fā)時(shí)間。