使用D類音頻放大器診斷汽車故障

MAX13300汽車D類音頻放大器內(nèi)置許多診斷功能，有助于定位系統(tǒng)中的故障。當沒有音頻存在時，放大器在揚聲器輸出上檢測以下故障情況。由于在這些測試期間可能不存在音頻，因此這些測試通常在啟動時運行一次，或者僅在出廠診斷模式下請求時運行。

對地短路

電池短路

打開負載

電阻測量

高音喇叭存在

輸出偏移

還有另一組診斷程序設(shè)計為在存在音頻時連續(xù)運行。這些診斷為系統(tǒng)提供MAX13300/MAX13301/MAX13302狀態(tài)反饋。

削波檢測

熱警告檢測

電荷泵欠壓

電源欠壓

電源過壓

啟動過程

為避免啟動時出現(xiàn)不必要的咔嗒聲，請按下列步驟操作（圖1）：

設(shè)置/MUTE_CL1的狀態(tài)以選擇 I2C 地址的 LSB。

將 EN 針腳拉高。

釋放/MUTE_CL1。

如果需要兩個以上的 I2C 地址，請先寫入 CTRL4。ADR［1：0］ 設(shè)置新地址，然后寫入 CTRL5。ADRDF = 0 以啟用新地址。

通過設(shè)置 CTRL1 增加短路電流閾值。CLTH = 0。這保證了不會因為啟動時的電流不平衡而錯誤觸發(fā)短路診斷。

通過設(shè)置 CTRL2 啟用設(shè)備。STBY = 0。。

通過設(shè)置 CTRL1 啟用輸入預(yù)充電。前 = 1。

設(shè)置 CTRL2。MD01 = 10 和 CTRL2。MD23 = 10。這會將輸出電容器預(yù)充電至 PVDD/2。

設(shè)置 CTRL0、CTRL1。CLVL[1：0]， CTRL1.MD[1：0]， CTRL3.HCL，CTRL3。LDM、CTRL4 和 CTRL5 根據(jù)應(yīng)用程序要求轉(zhuǎn)換為所需值。

從步驟 10 開始等待至少 7 毫秒。通過設(shè)置 CTRL1 禁用預(yù)充電電路。前 = 0。

等待 100 毫秒× C鼎控銀行（μF） 用于穩(wěn)定輸入偏置電壓。這意味著，如果在輸入端使用2.2μF隔直電容，則至少等待220ms。減少此時間將增加啟動時產(chǎn)生的咔嗒聲和爆裂聲。

可選：設(shè)置 CTRL2。MD23[1：0] = CTRL2。MD01[1：0] = 01 并延遲至少 50 毫秒，然后再繼續(xù)。這會將輸出設(shè)置為靜音模式。

設(shè)置 CTRL2。MD23[1：0] = CTRL2。MD01[1：0] = 11。這會將輸出設(shè)置為播放模式。

通過設(shè)置 CTRL1 將短路診斷閾值設(shè)置回正常。CLTH = 1。

ADRDF	ADR1	ADR0	/MUTE_CL1有效	我2C ADDR （WR）	我2C ADDR （RD）
0	0	0	—	0xD8	0xD9
0	0	0	—	0xDA	0xDB
0	1	1	—	0xDC	0xDD
0	1	1	—	0xDE	0xDF
1	—	—	0	0xD8	0xD9
1	—	—	1	0xDA	0xDB

圖1.啟動過程。

三態(tài)程序

為避免關(guān)機時出現(xiàn)不必要的咔嗒聲，請按下列步驟操作（圖2）：

如果音頻源已靜音，請轉(zhuǎn)到步驟 4。

通過設(shè)置 CTRL2 將輸出設(shè)置為靜音模式。MD23[1：0] = CTRL2。MD01[1：0] = 01。

等待至少 50 毫秒，以確保 20Hz 信號沒有咔嗒聲。

通過設(shè)置 CTRL2 對輸出進行三態(tài)。MD23[1：0] = CTRL2。MD01[1：0] = 00。

圖2.三態(tài)程序。

關(guān)機程序

為避免關(guān)機時出現(xiàn)不必要的咔嗒聲，請按下列步驟操作（圖3）：

按照上述三態(tài)過程對輸出進行三態(tài)處理。

通過設(shè)置 CTRL2 進入待機模式。STBY = 1。

將 EN 針腳拉低。

圖3.關(guān)機過程。

負載診斷

電池短路診斷程序

此診斷可檢測到任何輸出上的電池短路或接地小于1kΩ。電池和接地短路的診斷在同一時間以相同的診斷模式完成，但是，設(shè)備必須退出待機模式才能運行對地短路診斷。所有結(jié)果均未鎖定，因此在運行此診斷程序時必須讀取OSTAT2寄存器才能獲得有效狀態(tài)。

如果存在負載，則任一差分輸出短路會導(dǎo)致另一個輸出短路。因此，OSTAT2狀態(tài)寄存器僅指示哪個通道的輸出短路，而不指示哪個差分輸出短路。我2例如，C 狀態(tài)寄存器可以指示輸出 1 短路到電池;它無法區(qū)分 OUT1+ 和 OUT1- 電池短路。

要確定任何輸出上是否存在接地短路或電池短路，請通過 I 對所有輸出進行三態(tài)2C 并進入待機狀態(tài) （CTRL2.STBY = 1）。通過設(shè)置 CTRL3 運行對地短路/電池診斷。SDET（對地短路/電池診斷使能）位至 1。診斷結(jié)果在OSTAT2中報告。SBAT[3：0]（電池短路指示器）位。忽略所有其他故障指示，因為它們無效。

由于未設(shè)置閂鎖，因此接地或電池短路不會阻止設(shè)備通電。因此，微控制器可以使設(shè)備短路，盡管不鼓勵使用這種配置。如果器件使能短路，實時過流將鎖斷短路通道。MAX13300/MAX13301提供電池短路、接地短路和負載短路的實時保護，防止器件損壞。

分步過程（圖4）

設(shè)備必須處于待機模式才能完成此診斷。如果從靜音或播放模式啟動，請按照正常關(guān)機過程操作以防止咔嗒聲和彈出聲。

通過設(shè)置 CTRL3 啟用電池短路診斷。SDET = 1。

等待至少 200μs。

閱讀 OSTAT2。SBAT[3：0] 位結(jié)果。

通過設(shè)置 CTRL3 禁用電池短路診斷。SDET = 0。

圖4.短路至 V.BAT診斷程序。

對地短路診斷程序

該診斷可檢測到任何輸出上的接地短路小于1kΩ。電池和接地短路的診斷同時在相同的診斷模式下完成。所有結(jié)果均未鎖定，因此在運行此診斷程序時必須讀取OSTAT2寄存器才能獲得有效狀態(tài)。

如果存在負載，則任一差分輸出短路會導(dǎo)致另一個輸出短路。因此，狀態(tài)寄存器僅指示哪個通道的輸出短路，而不指示哪個差分輸出短路。我2例如，C 狀態(tài)寄存器可以指示輸出 1 與電池短路，但它無法區(qū)分 OUT1+ 和 OUT1- 與電池短路。

要確定任何輸出上是否存在接地短路或電池短路，請通過 I 對所有輸出進行三態(tài)2C. 通過設(shè)置 CTRL3 運行對地短路/電池診斷。SDET（對地短路/電池診斷使能）位至 1。在診斷期間，該器件在每個差分輸出端將一個 3kΩ 電阻分流至地，并從 PVDD 的每個輸出端提供 2mA 電流。在正常情況下，每個輸出端產(chǎn)生6V電壓。輸出電壓>6V被解釋為電池短路。輸出電壓<6V被解釋為對地短路。診斷結(jié)果在OSTAT2中報告。SBAT[3：0]（電池短路指示器）和 OSTAT2。SGND[3：0] （對地短路）位。

由于未設(shè)置閂鎖，因此接地或電池短路不會阻止設(shè)備通電。因此，微控制器可以使設(shè)備短路，盡管不鼓勵使用這種配置。如果器件使能短路，實時過流將鎖斷短路通道。MAX13300/MAX13301提供電池短路、接地短路和負載短路的實時保護，防止器件損壞。

分步過程（圖5）

輸出必須處于三態(tài)模式，電荷泵處于活動狀態(tài)（CTRL2.STBY = 0）。如果從靜音或播放模式啟動，請按照正常關(guān)機過程操作以防止咔嗒聲和彈出聲。

通過設(shè)置 CTRL3 啟用對地短路診斷。SDET = 1。

等待至少 200μs。

閱讀 OSTAT2。SGND[3：0] 位表示結(jié)果。

通過設(shè)置 CTRL3 禁用對地短路診斷。SDET = 0。

圖5.對地短路診斷程序。

開路負載檢測

此診斷檢測到 OUT_+ 和 OUT_- 之間的開路為 > 70Ω 或 > 200Ω，具體取決于 CTRL 的值。LDM（負載檢測閾值）位。

為了檢測開路負載，通過I對輸出進行三態(tài)2C并通過設(shè)置CTRL3對輸出電容器放電。DIS（放電）位為 1。通過設(shè)置 CTRL3 運行打開負載診斷測試。RDET（開負載診斷啟用）為 1。在診斷期間，負輸出（OUT_-）上的所有低側(cè)FET均導(dǎo)通，而所有其他FET均關(guān)斷。該器件提供 2mA 電流范圍為 OUT_+ 至 OUT_-。如果負載不存在，則 OUT_+ 擺動高，其相對較高的 VOUT_+ 被解釋為開路輸出。診斷結(jié)果以 OSTAT0./LDOK[3：0]（負載正常指示器）位報告。

分步過程（圖6）

輸出必須處于三態(tài)模式，電荷泵處于活動狀態(tài)（CTRL2.STBY = 0）。如果從靜音或播放模式啟動，請按照正常關(guān)機過程操作以防止咔嗒聲和彈出聲。

設(shè)置 CTRL3。基于應(yīng)用要求的 LDM。

通過設(shè)置 CTRL3 將輸出放電至地。DIS = 1，可防止診斷期間出現(xiàn)咔嗒聲。

等待至少200μs。

通過設(shè)置 CTRL3 啟用打開負載診斷。RDET = 1 和 CTRL3。DIS = 0。

等待至少200μs。

讀取OSTAT0.OC[3]位。如果任何 OSTAT0.OC[3：0] 位為低位，則為 OSTAT1。LDOK[3：0] 位由于短路至 V 而無效.BAT在 OSTAT0.OC[3：0] 位指示的通道上。因此，請轉(zhuǎn)到步驟 9。

閱讀 OSTAT1。LDOK[3：0] 表示結(jié)果。

通過設(shè)置 CTRL3 禁用打開負載診斷。RDET = 0。

圖6.開負載診斷程序。

短路負載/電阻測量檢測

該診斷可以測量負載的電阻，以便可以檢測任何輸出上的短路負載。由于可以通過診斷計算電阻，因此此診斷也可以用作檢測開路負載或確定揚聲器是否存在的替代方法。要檢測短路負載，請將設(shè)備置于正常模式;將 CTRL3.TW（高音揚聲器/短路負載診斷選擇）位設(shè)置為 0;設(shè)置地圖。LCTM 為 1，將/LOAD_故障位映射到/CL0引腳;并向被測輸入施加≤ 20Hz正弦信號或單個半正弦信號脈沖。信號的幅度將取決于應(yīng)用要求。該器件將負載電流與短路負載電流門限進行比較。如果負載電流超過閾值，則相應(yīng)的STAT3./LOAD_（負載指示器）位設(shè)置為1，表示負載短路。短路負載電流閾值取決于編程的電流限值。（請參閱數(shù)據(jù)手冊中的電氣特性表。類似的程序可用于通過使用較大幅度的正弦信號來檢測開路負載。

請注意，檢測到短路時，/LOAD_位不會鎖存為高電平。在過零期間，負載電流不超過閾值，/LOAD位清零至0。有兩種方法可以獲得短路負載診斷的結(jié)果：

連續(xù)讀取/LOAD_位，以確定是否有任何位設(shè)置為高電平。

監(jiān)視漏極開路/CL0輸出。由于/CL0是/負載位的NORed函數(shù)，因此，如果任何輸出存在短路，則/CL0拉低。

通過設(shè)置 MAP，將/LOAD_位屏蔽為/CL0輸出。當短路負載診斷不再運行時，LCTM（高音揚聲器和短路負載掩碼）位為 0。清除此位可防止在播放期間超過短路負載電流閾值時置位/CL0。

對所有輸出進行負載電阻測量診斷。短路負載可通過檢查/LOAD_位或一次將正弦信號注入一個通道來追溯到其所在的輸出。

分步過程（圖7）

按照正常啟動過程進入播放模式。

通過設(shè)置 CTRL3 選擇低電流閾值。鹽酸 = 0。該電流約為1.3A。（請參閱數(shù)據(jù)手冊中的電氣特性表。

通過設(shè)置 MAP，將診斷電流門限映射到/CL0引腳。LCTM = 1。

通過設(shè)置 CTRL3.TW = 0，將當前閾值設(shè)置為短路檢測的高設(shè)置。如果正在運行開放測試，請將 CTRL3.TW = 1 設(shè)置為選擇當前下限閾值設(shè)置。

對于每個輸出 [0 到 3]：

根據(jù)應(yīng)用要求生成低頻正弦波（通常≤ 20Hz）或單脈沖半正弦波，其幅度。如果正弦波的幅度斜坡上升，直到/CL0處于活動狀態(tài)，則可以測量確切的揚聲器阻抗。

監(jiān)控/CL0或讀取OSTAT1。LOAD[3：0] 以確定是否超過當前閾值。此狀態(tài)未鎖定，因此它將根據(jù)信號幅度打開/關(guān)閉。如果監(jiān)視/CL0，則必須一次將輸入信號施加到一個通道。您還可以通過 I 讀取/負載狀態(tài)位2C 用于確定哪個輸出導(dǎo)致/CL0引腳置位。

通過設(shè)置 MAP 刪除診斷當前閾值映射。LCTM = 0。

有幾種方法可以測量負載的確切電阻：

緩慢增加正弦波或半正弦脈沖，直到首次置位/CL0引腳。然后通過以下公式計算電阻：

地點：
我T= 閾值電流由 CTRL3.HCL
V 設(shè)置。INP= 峰值輸入電壓信號
GAIN = 通道的增益設(shè)置

使用正弦波或單個半正弦脈沖，其幅度保證在預(yù)期的負載電阻下跳閘選定的閾值電流。施加測試信號時，測量/CL0為低電平的時間。由此，負載電阻可以計算如下：

圖7.短路負載診斷程序。

高音揚聲器檢測

此診斷檢測在使用無源分頻器時高音揚聲器是否正確連接。要檢測短路負載，請將設(shè)備置于正常模式;將 CTRL3.TW（高音揚聲器/短路負載診斷選擇）位設(shè)置為 1;設(shè)置地圖。LCTM 至 1;并向所有輸入施加15kHz至25Hz正弦信號。該器件將負載電流與高音揚聲器檢測電流閾值進行比較。如果負載電流超過閾值，則相應(yīng)的STAT3./LOAD_（負載指示器）位設(shè)置為1，表示存在高音揚聲器。輸入信號的幅度取決于高音揚聲器的阻抗與頻率特性。正確的高音揚聲器檢測要求振幅足夠大，以便在存在高音揚聲器時觸發(fā)閾值。

請注意，檢測到高音揚聲器時，/LOAD_位不會鎖存高電平。過零期間，負載電流不超過閾值，/LOAD_位清零至0。有兩種方法可以獲得高音揚聲器檢測診斷的結(jié)果：

連續(xù)讀取/LOAD_位，以確定是否有任何位設(shè)置為高電平。

監(jiān)視漏極開路/CL0輸出。由于/CLP0 是/LOAD_位的 NORed 函數(shù)，因此，如果任何輸出存在短路，則/CLP0 拉低電平。

通過設(shè)置 MAP，將/LOAD_位屏蔽為/CL0輸出。當高音揚聲器檢測診斷不再運行時，LCTM（高音揚聲器和短路負載掩碼）位為 1。這樣做可以防止在播放過程中超出高音揚聲器檢測電流閾值時置位/CL0。

高音揚聲器檢測診斷在所有輸出上完成。通過檢查/LOAD_位，高音揚聲器的存在可追溯到任何輸出。輸出 3 上存在高音揚聲器會導(dǎo)致/負載 3 變高等。

分步過程（圖9）

設(shè)置 CTRL3。鹽酸 = 0。

通過設(shè)置 MAP，將診斷電流門限映射到/CL0引腳。LCTM = 1。

按照正常啟動過程進入播放模式。

通過設(shè)置 CTRL3.TW = 1，將診斷電流閾值設(shè)置為低。

對于每個輸出 [0 到 3]：

根據(jù)應(yīng)用要求生成幅度為高頻正弦波（15kHz至25kHz）。您必須一次檢查一個輸出，以確定哪個輸出具有打開的高音揚聲器。

監(jiān)控/CL0或讀取OSTAT1。LOAD[3：0] 以確定是否超過當前閾值。此狀態(tài)未鎖定，因此它將根據(jù)信號幅度打開/關(guān)閉。

通過設(shè)置 MAP 刪除診斷電流閾值映射。LCTM = 0。

通過設(shè)置 CTRL3.TW = 0 選擇正常診斷電流閾值。

要選擇最佳輸入電壓幅度，請在所選測試頻率下測量有或沒有高音揚聲器的揚聲器阻抗。下面是有和沒有高音揚聲器的典型4Ω揚聲器阻抗曲線。

圖8.典型4Ω揚聲器阻抗與頻率的關(guān)系

當測試頻率為20kHz時，最佳輸入電壓為/CL0引腳置位時，揚聲器阻抗為：

其中：
R臺灣= 存在
高音揚聲器時的揚聲器阻抗 R無臺幣= 無高音揚聲器的揚聲器阻抗

使用上面的等式和圖 8 中的數(shù)據(jù)：

圖9.高音喇叭診斷程序。

連續(xù)診斷

MAX13300/MAX13301/MAX13302持續(xù)監(jiān)測關(guān)鍵性能和安全參數(shù)，如輸出失調(diào)電壓、輸出削波、熱故障以及欠壓和過壓情況。結(jié)果在狀態(tài)寄存器（STAT和OSTAT_）中報告并持續(xù)更新。

偏移診斷

運行失調(diào)診斷程序以確定差分輸出之間是否存在失調(diào)。要運行此診斷程序，請將設(shè)備置于播放模式，并且不應(yīng)用任何輸入信號。此診斷的結(jié)果以O(shè)STAT3./VOS[3：0]（失調(diào)電壓指示器）位報告。VOS_指示失調(diào)電壓是小于還是大于失調(diào)電壓閾值。MAX800/MAX13300的門限典型值為13302mV，MAX1的門限典型值為0.13301V。

剪切診斷

使用削波診斷程序檢測削波輸出。對 CTRL1 進行編程。閾值為 1%、0%、2% 或 4% THD 的 CLVL[6：10]（削波電平）位。削波指示由 OSTAT0./CLIP[3：0]（削波指示器）位提供。這些位僅在過驅(qū)動輸出實際削波時設(shè)置為 1。每個輸出都有一個削波輸出指示器;OSTAT0./CLIP[3] 用于輸出 3，依此類推。漏極開路輸出/CL0和/MUTE_CL1也提供削波指示。

熱警告診斷

如果結(jié)溫超過編程溫度限值，則立即設(shè)置溫度故障。器件不會根據(jù)溫度警告達到編程限值。當溫度降至閾值以下時，溫度警告會自行清除。如果結(jié)溫超過+150°C的最高結(jié)溫，器件將禁用所有通道。數(shù)字接口保持活動狀態(tài)，寄存器的內(nèi)容保持不變。當芯片溫度降至+140°C以下時，恢復(fù)正常工作。編程溫度限值由軟件在+110°C至+140°C范圍內(nèi)設(shè)置，增量為10°C。

電荷泵欠壓診斷

MAX13300/MAX13301借助電荷泵驅(qū)動高端FET。電荷泵對保持電容 C 充電克霍爾德，在每個開關(guān)周期結(jié)束時至 5V。當電壓在C上克霍爾德低于 3.45V，器件置位 STAT./CPUV（電荷泵欠壓指示器）位和三態(tài)所有輸出。只有在保持電容上的電壓升至3.75V以上時，器件才會解除位。

欠壓診斷

欠壓監(jiān)視器檢測 PVDD 上的低電壓 （< 6V）。在欠壓條件下，器件對所有輸出進行三態(tài)處理，將 STATE./UV（欠壓指示器）位設(shè)置為 0，并置位低電平有效FLT_OT開漏輸出。

過壓診斷

MAX13300/MAX13301/MAX13302檢測PVDD上的過壓和拋負載情況，保護DMOS器件免受損壞。在過壓條件下，器件將 STAT./OV（過壓指示器）位設(shè)置為 0，置位為漏極開路輸出/FLT/OT，并鎖存至待機模式。所有差分輸出均調(diào)節(jié)至 13300/13301 VPVDD，以最大限度地降低低側(cè)和高側(cè) FET 的漏源電壓并防止擊穿。消除過壓條件后，通過清除 CTRL 使設(shè)備退出待機模式。STBY（待機）位。MAX50/MAX26可以承受35V拋負載電壓尖峰。1V 至 7V 的電池充電器電壓可承受長達 <> 小時。圖 <> 說明了器件在負載突降期間的行為。

結(jié)論

MAX13300/MAX13301/MAX13302器件內(nèi)置診斷功能，可滿足OEM診斷要求。負載和高音揚聲器診斷等特定測試中內(nèi)置的靈活性允許使用 OEM 特定的閾值。

審核編輯：郭婷