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FDA903和FDA803:不只是D类音频放大器,还可大幅度提升音质

2022/8/25 14:46:43   电源在线网
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  来源:意法半导体博客

  

  ST最近发布了FDA903Q规单声道D类音频放大器,进一步完善了FDA903产品系列。该系列其他两款产品分别是FDA903D和FDA903U。FDA903系列与FDA803系列非常相似,而且目标应用完全相同,都是汽车音响系统,只不过FDA903增加了为高端车型专门设计的电流检测功能。目前,许多汽车厂商已经在用FDA803,但FDA903可以为客户带来更多功能。此外,为确保我们的产品更好用,FDA803和FDA903引脚相互兼容。两个系列都有D、Q和U三种型号,分别采用PowerSSO 36 pad down、VFQFN 48和PowerSSO 36 pad up封装。

  多年来,D类音频放大器在汽车市场上蓬勃发展,这也是我们最初决定研发车规D类音频放大器的原因。近些年来,电动汽车提出了新的应用场景,对D类音频放大器的依赖程度更高。首先,D类音频放大器能够达到电动汽车的能效、设计灵活性和可靠性目标。其次,音频放大器让电动汽车更安全。电动汽车在大部分情况下确实很安静,对于驾驶者来说,静谧性带来非常棒的舒适感受,但对于行人或其他驾驶员来说,却是致命的危险,因为他们听不到有汽车驶近声音。因此,电动车企发明了模拟发动机噪音的低速提示音系统(AVAS),以提醒路上的其他参与者注意驶近的电动车。下面让我们来探讨一下FDA803和FDA903是如何解决这些问题的。

  为什么选择D类音频放大器?在哪里可以找到它们?

  理由1:90%能效

  

  ▲PWM Control PWM控制

  音频放大器的基本工作原理是接收并处理输入音频信号,把数字信号转换成模拟信号,输出到扬声器。音频放大器的设计挑战是确保输出信号忠实于输入信号,并且放大过程节能高效。最后一点在电动汽车中尤为重要,因为电动车只有节能才能延长续航里程。因此,应尽量避免信号失真,同时保证功放的功耗也尽可能低。D类功放脱颖而出的原因是它在所有类别的音频功放中能效最高,拥有高于90%的能效。功放通常使用脉宽调制或sigma-delta调制方法生成输出信号。

  理由2:小尺寸的灵活性

  目前有许多应用场景都在使用D类音频放大器。由于能效高,汽车和消费类产品的小型扬声器往往会优先考虑D类音频功放。因此,电视、电脑和许多其他类型的小型音箱或电池供电的扬声器都使用这类放大器。D类音频放大器的封装较小,有助于缩小应用系统的外观尺寸,甚至可以安装在助听器内。FDA903Q的尺寸仅为7 mm x 7 mm x 1 mm。与其他类别的音频放大器相比,D类放大器的工作电压较低。此外,高能效意味着产生的热量少,这样,厂商就能够开发尺寸更小的娱乐系统,对希望一直节省空间,提高续航里程或燃油经济性的车企来说,这是一个福音。

  FDA903和FDA803系列有哪些共同点?

  理由3:多功能性

  

  ▲FDA903Q

  FDA803和FDA903都通过了AEC-Q100认证,可适用于众多汽车应用场景,同时帮助汽车厂商设计多种应用。例如,两个系列都集成一个108 dB数模转换器,可以驱动车内外的扬声器。它们还支持宽压电源(3.3 V和18 V之间),工程师可以通过汽车电池、外部降压转换器或小电池为功放供电。因此,即使在汽车电池耗尽后,ST放大器仍可以发出报警声或提示音提示驾驶员注意。这两个FDA系列产品还提供诊断功能,以提高其运行的稳健性和灵活性。例如,系统可以检测扬声器短路故障或者提供放大器过热保护功能。

  理由4:性能

  这两个系列都可以用于设计高端音频系统,因为它们都兼容高达192 kHz的采样频率。我们的工程师还在滤波器后加一个“反馈电路”,以提高信噪比,实现平坦的频率响应,降低输出失真。我们在前面已经提过,在典型的D类放大器中,输入信号先经过调制器处理再送到输出级,然后经由低通滤波器滤除信号内的噪声,最后送到扬声器。在最后的滤波器后面增加反馈电路,放大器可以对扬声器进行一些测量,用于查找老化组件,优化频响曲线。

  为什么FDA903的电流检测很重要?

  监测扬声器

  电流检测是FDA903的一个独有功能。简而言之,该产品可以监测流向扬声器的电流。这是客户要求的一项功能,因为通过这个功能,客户可以优化发送到扬声器的模拟信号。工程师不必设计外部监测电路,从而简化了设计,缩小了系统尺寸。FDA903还可以检测扬声器是否正在接收信号或是否存在问题。最后,电流检测可以帮助系统根据扬声器的行为调整均衡器。因此,开发人员可以实时动态地提高音质,取代扬声器固定参数调音方法。

  理由5:电流检测提升安全性

  电流检测可以在一定程度上解决电动汽车带来的最新挑战。要使AVAS提示音系统达到设计要求,系统必须可靠、高效。简而言之,声音必须足够响亮,尽管有环境噪音,也能够提醒行人。该系统还必须可靠,驾驶者开车不知道外部喇叭不响是不行的,因为这会导致灾难性后果。通过提供诊断矩阵和电流检测功能,FDA903可以把安全性和可靠性提高到一个的水平。此外,大功率输出和优化功能使芯片能够驱动外部喇叭发出洪亮的声音,同时保持高能效。

  动手实操

  

  ▲EVAL-FDA903Q

  亲自试用是评测FDA803和FDA903系列的最佳方法。EVAL-FDA903Q可以让工程师测试FDA803Q和FDA903Q。因此,设计人员可以看到他们的系统是否会从FDA903Q的电流检测功能受益。该板提供一条音频通道,通过I2C总线配置芯片,使用I2S接口发送音频。我们还为希望测试PowerSSO-36 slug-up封装的用户提供EVAL-FDA903U评估板,为想要使用slug-down版本的用户提供EVAL-FDA803D板。因此,只需三块板卡,工程师就可以测试所有配置和价位的产品,看看哪一个最适合他们的项目。

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本文链接:FDA903和FDA803:不只是D类
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