TAS2505-Q1無(wú)聲故障排查指南

TAS2505-Q1 是一款支持?jǐn)?shù)字和模擬輸入的車規(guī)級(jí)D類功率放大器，其輸出功率可達(dá)2.6W。內(nèi)部集成了LDO，能夠單電源供電，簡(jiǎn)化了供電電路的設(shè)計(jì)。除此之外，TAS2505-Q1內(nèi)部還集成了DSP功能，使得此芯片對(duì)音頻有一定的處理能力，更進(jìn)一步地簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。此芯片還提供I2C&SPI數(shù)字通信接口，價(jià)格便宜，滿足低成本的設(shè)計(jì)要求。在過(guò)去的10多年內(nèi)得到了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可，有良好的口碑，是汽車儀表盤、緊急呼叫（eCall）和遠(yuǎn)程通信應(yīng)用的理想選擇。           

本文分析了TAS2505-Q1連接揚(yáng)聲器偶發(fā)沒(méi)有聲音情況，總結(jié)了常見(jiàn)的可能原因，并提供具體的排查方向和解決措施。

故障描述

在TAS2505-Q1的應(yīng)用案例中，出現(xiàn)問(wèn)題的狀況主要表現(xiàn)為上電后偶發(fā)揚(yáng)聲器沒(méi)有聲音，其對(duì)應(yīng)的TAS2505-Q1的 輸出端SPKP & SPKM沒(méi)有輸出。出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題的情況應(yīng)當(dāng)從硬件方向和軟件方向考慮。

圖1. TAS2505-Q1框圖

硬件方向

上電時(shí)序以及電源穩(wěn)定性，時(shí)鐘狀態(tài)，輸出端是否過(guò)流

1. 上電時(shí)序以及電源穩(wěn)定性

圖2. TAS2505-Q1內(nèi)部框圖

A:  AVDD和IOVDD的是否是同一個(gè)電源，其時(shí)序如下圖，SPKVDD>IOVDD>AVDD/DVDD>RST>IIC指令。且需要滿足如圖，的時(shí)間間隔要求。

圖3 AVDD和IOVDD同電源上電時(shí)序要求

表1 AVDD和IOVDD同電源上電時(shí)序間隔時(shí)間

B: AVDD和IOVDD不是同一個(gè)電源，其時(shí)序如下圖，SPKVDD>IOVDD>AVDD>DVDD>RST>IIC指令。

圖4.  AVDD和IOVDD不同電源時(shí)序要求

表2 AVDD和IOVDD不同電源上電時(shí)序間隔時(shí)間

排查時(shí)需要注意除了對(duì)應(yīng)的時(shí)序，還需要檢查各個(gè)電源軌是否電壓工作正常，如AVDD/DVDD是否在上電時(shí)達(dá)到了1.8V。AVDD及DVDD分別是對(duì)內(nèi)部的模擬器件和數(shù)字電路供電，支持1.8V供電，如果此電源供電不穩(wěn)定，那么芯片內(nèi)部的寄存器和DAC等工作狀態(tài)就不可控，也會(huì)出現(xiàn)TAS2505-Q1沒(méi)有輸出的情況。在實(shí)際應(yīng)用中，簡(jiǎn)化電路可將AVDD和DVDD采用一個(gè)1.8V電源共同提供（建議使用外部LDO 而不是 TAS2505-Q1 的內(nèi)部 LDO）。對(duì)應(yīng)電源電壓如表3。

表3. TAS2505-Q1電源要求

如果在上電過(guò)程中不滿足時(shí)序和電平要求會(huì)導(dǎo)致TAS2505-Q1初始化失敗，偶發(fā)出現(xiàn)TAS2505-Q1的輸出端為低電平，從而導(dǎo)致?lián)P聲器無(wú)聲故障。

2. 時(shí)鐘狀態(tài)

TAS2505-Q1的內(nèi)部時(shí)鐘和I2S時(shí)鐘，DAC參考內(nèi)部時(shí)鐘，其中內(nèi)部時(shí)鐘有兩種來(lái)源——BCLK (Audio serial bit clock) 和MCLK (External master clock)，內(nèi)部選擇其中一個(gè)即可。BCLK是模塊內(nèi)的同步信號(hào)，TAS2505-Q1的BCLK即可以由外部提供，也可以由芯片提供（此時(shí)就需要使用MCLK）。內(nèi)部PLL的輸入由BCLK/MCLK分頻得出，如果BCLK/MCLK工作不穩(wěn)定，內(nèi)部PLL也會(huì)不穩(wěn)定，尤其在使用IIC/SPI對(duì)芯片寄存器進(jìn)行操作時(shí)，就可能導(dǎo)致芯片訪問(wèn)異常，從而發(fā)生TAS2505-Q1工作不正常的情況，其外部表現(xiàn)為偶發(fā)沒(méi)有聲音輸出。所以在訪問(wèn)芯片過(guò)程中需要保證IIC/SPI信號(hào)接收/發(fā)送時(shí)BCLK/MCLK穩(wěn)定。

3. 輸出端是否過(guò)流

通常 Class D 功放芯片都會(huì)設(shè)計(jì)有過(guò)流保護(hù)功能，在輸出電流超過(guò)限流閥值后芯片自動(dòng)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)信號(hào)停止輸出。一般的過(guò)流保護(hù)是由于輸出功率超過(guò)額定或者輸出短路而引起。還有一種特殊的過(guò)流保護(hù)現(xiàn)象是由于高次諧波能量過(guò)大引起。高次諧波過(guò)流保護(hù)是一種特殊的過(guò)功率現(xiàn)象。通常用戶的電路設(shè)計(jì)完全正確，常規(guī)功率測(cè)試未超過(guò)額定功率。這種保護(hù)具有以下幾個(gè)特征：

●   問(wèn)題機(jī)器在1KHz 標(biāo)準(zhǔn)音頻信號(hào)測(cè)試時(shí)輸出功率并未超過(guò)最大輸出功率。

●   播放高頻成分較多的歌曲較容易出現(xiàn)保護(hù)。

●   使用水泥電阻代替喇叭作為負(fù)載，保護(hù)現(xiàn)象消失。

●   減小，或者去掉輸出LC 濾波器的電容，保護(hù)現(xiàn)象消失。

解決方法：

減小 LC 濾波器網(wǎng)絡(luò)的電容C 的值可以增大LC 濾波器的截止頻率。使得截止頻率遠(yuǎn)大于高次諧波可能達(dá)到的頻率。通常將電容值減小5 倍以上即可有效抑制高次諧波過(guò)流保護(hù)的問(wèn)題。

優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需修改電路，只需要修改參數(shù)值。

缺點(diǎn)：LC 網(wǎng)絡(luò)濾波效果變差，開(kāi)關(guān)紋波增加，EMI 有可能惡化。

軟件方向

1. 檢查正常狀態(tài)和異常狀態(tài)寄存器的配置

找到其差異點(diǎn)，并針對(duì)差異點(diǎn)查閱規(guī)格書(shū)或應(yīng)用指南，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

2. 軟件初始化的寄存器配置

圖5.  CLASS-D和DAC內(nèi)部框圖

檢查初始化軟件配置，需要保證DAC(P0, R63, D7 = 1, D5-D4 = 01, D3-D2 =00, D1-D0=00)開(kāi)啟后, 再開(kāi)啟CLASS-D(P1, R45,  D1=1) , 如圖6。如果順序錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致初始化的時(shí)候失敗, 芯片內(nèi)部工作不正常, 偶發(fā)TAS2505-Q1無(wú)輸出, 揚(yáng)聲器沒(méi)有聲音。

圖6.  CLASS-D和DAC正確順序

調(diào)查舉例

案例的故障描述如下：

WHAT: 車輛啟動(dòng)后不出聲音， TAS2505-Q1設(shè)計(jì)在儀表盤板卡中，車輛啟動(dòng)后應(yīng)當(dāng)有對(duì)應(yīng)的提示音。

WHO: 車廠測(cè)試工程師

WHEN: 車輛0km測(cè)試過(guò)程中

WHERE: 車廠 + 汽車儀表供應(yīng)商

HOW: 車輛冷啟動(dòng)的時(shí)候，本來(lái)儀表會(huì)通過(guò) TAS2505-Q1發(fā)出開(kāi)機(jī)提示音。但是沒(méi)有發(fā)生聲音。后測(cè)量其TAS2505-Q1的SPKP&SPKM，發(fā)現(xiàn)在出問(wèn)題時(shí)沒(méi)有輸出，正常情況下有穩(wěn)定的方波輸出，車廠進(jìn)行ABA后故障跟隨芯片。

HOW MUCH：出現(xiàn)此情況的芯片復(fù)現(xiàn)的概率為30%。

故障分析

1.主控平臺(tái)在異常狀態(tài)和正常狀態(tài)均有正常的I2S輸出，且芯片和SPKP&SPKM沒(méi)有輸出，故排除異常狀態(tài)由主控平臺(tái)未給出音頻導(dǎo)致，推斷為芯片工作狀態(tài)不正常。

2. 芯片進(jìn)入過(guò)壓過(guò)流過(guò)溫等保護(hù)狀態(tài)，芯片異常狀態(tài)下，環(huán)境溫度30℃，板卡工作溫度50℃，且芯片的供電：SPKVDD = 5V; IOVDD = 3.3V; AVDD = DVOO = 1.8V; 電壓工作正常。

排查如下：

硬件方向:

●   確認(rèn)是否出現(xiàn)輸出過(guò)流保護(hù)，檢查輸出外部電感和電容。

結(jié)果：去除輸出LC濾波電路，此現(xiàn)象仍然出現(xiàn)。

●   檢查上電時(shí)序，測(cè)試結(jié)果符合上電時(shí)序要求，SPKVDD>IOVDD>AVDD/DVDD>RST>IIC指令。

軟件方向:

查驗(yàn)寄存器配置 ，發(fā)現(xiàn)其故障原因是芯片在初始化過(guò)程中先打開(kāi)了CLASS-D, 后打開(kāi)DAC。正確順序應(yīng)該是先打開(kāi)DAC再打開(kāi)CLASS-D，修改為正確寄存器順序后，高低溫壓測(cè)1000次，故障未在出現(xiàn)。

故此次故障的原因?yàn)?：芯片初始化過(guò)程中顛倒了 CLASS-D和 DAC開(kāi)啟順序，從而導(dǎo)致芯片偶發(fā)初始化失敗。

圖7.  CLASS-D和DAC錯(cuò)誤順序

總結(jié)               

本文分析了TAS2505-Q1在應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的原因，并且從硬件和軟件方向提出了故障排查指南，并給出相應(yīng)的優(yōu)化措施，有助于工程師在設(shè)計(jì)出魯棒性更強(qiáng)的音頻系統(tǒng)。同時(shí)，有助于工程師在遇見(jiàn)相似問(wèn)題時(shí)能夠更高效地排查故障 。另外，給出一個(gè)實(shí)際用例，供大家參考。

參考文獻(xiàn)

TAS2505-Q1 2.6-W Digital/Analog Input Automotive Class-D Speaker Amplifier With Audio Processing datasheet (Rev. C)

TAS2505 Application Reference Guide

TAS25xx Codec Control EVM (Rev. A)

Automotive Diagnostics Using TAS2505-Q1 (Rev. C)

來(lái)源：TI

作者：Xiaoxiang Liu