新汽車信息娛樂系統(tǒng)中音頻放大器的幾個關(guān)鍵設(shè)計考慮因素

作者：德州儀器 Gregg Burke

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)用于入門級和經(jīng)濟(jì)型車輛中：

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

可自動將汽車完美送回縱列式停車位的高級駐車引導(dǎo)系統(tǒng)。

車道保持輔助技術(shù)可讓您的座椅振動，提醒您正通過車道漂移；它甚至可自動控制駕駛，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)?？蛻糁饕徺I的是中檔或入門級汽車，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。

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關(guān)鍵設(shè)計考慮因素。

尺寸

一些高級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（見圖2）。這很重要，因為汽車的音頻放大器是音響主機(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)。

輸出功率，相對于最大值（％）

圖2：AB類與D類效率（圖片由http://www.audioholics.com提供）

德州儀器將在2018年的消費電子展（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時啟動和關(guān)閉放大器。TPA6404-Q1D類放大器設(shè)計中更高的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（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電感器剛好放入與僅一個電感值為8.2μH的電感器相同的占位面積。

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

將金屬合金3.3μH電感器與流通式設(shè)計相結(jié)合，可實現(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）。

若您需要專注于減少整體解決方案尺寸以及入門級信息娛樂系統(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。為啟動設(shè)計，您還可使用TPA6404-Q1評估模塊（EVM）以及原理圖、設(shè)計文件和布局指南縮短開發(fā)時間。

審核編輯：何安