用于家庭影院的数字功放芯片ＴＡＳ５１１１

顾继光

美国德克萨斯(TI)仪器公司近日推出了最新数字功放电路TAS5111和TAS5112。它采用所谓“纯数字路径”（PurePath Digital）技术，使得DVD输出的数字信号一直保持到功放扬声器前的末级放大。据称，这是目前市场上效率最高的功放电路，可以用于DVD和AV功放、小型／微型的组合音响、数字电视和合并式家庭影院系统以及汽车音响等。这类数字功放除了放大效率较高外，在动态范围、高保真度和高集成度方面都是目前之最。

TAS5112是双声道立体声数字功放，在负载为6Ω时，输出功率为50W，可以取代两个单声道放大器，它不但简化了电路设计、减小了线路板的面积，而且制造成本比以前的电路设计降低约三分之一。TAS5111是业界第一颗提供单声道70W（4Ω）输出功率而失真度THD+N小于0.2％、效率高达90％以上的数字功放芯片。由于数字功放对散热条件要求不高，两种芯片都采用HTSSOP小型化封装。TAS5111为32脚；TAS5112为56脚。下面以TAS5111为例介绍这类电路的结构与应用。

TAS5111的性能和管脚功能

TAS5111沿用了TI公司的等比特技术，结合该公司的数字音频脉冲宽度调制处理器TAS5026和一个无源解调滤波器一起工作。其主要性能如下：动态范围大于95dB；效率大于90％（负载4Ω或8Ω）；输出功率70W时（BTL、4Ω）总谐波失真THD+N小于0.2％；输出功率80W时（BTL、4Ω）总谐波失真THD+N小于10％。图1为该芯片输出功率与谐波失真曲线；图2为频率与谐波失真曲线。

该器件具有过热、过载、欠压及扬声器自保护设计，采用32脚TSSOP（DAD）PowerPAD封装；或者36脚PSOP3（DKD）PowerPAD封装，其功能框图见图3。

图4为DAD封装形式的管脚图。其各脚的功能如下：1脚（PWM BP）为半桥-B的信号输入端；2脚（GND）为电源地端；3脚（RESET）为重置信号端；4脚（DREG RTN）为去耦后回入芯片的接线；5脚（GREG）为门驱动电压稳压器去耦端，用外接电容连接至GND；6脚（M3）为模式选择端；7脚（DREG）为数字电源电压稳压器去耦端，用外接电容连接至DREG RTN；8脚（DGND I/O）为输入/输出参考接地端；9脚（M1）为模式选择端；10脚（M2）为模式选择端；11脚（DVDD I/O）为输入/输出参考电源输入端（3.3V），外接100Ω电阻连接至DREG；12脚（SD）为关闭半桥A和B的信号；13脚（DGND I/O）为输入/输出参考接地端；14脚（OTW）为过热报警输出，同时内部制动开路；15脚（GND）为电源接地端；16脚（PWM AP）为半桥A的信号输入端；17脚（GVDD）为提供芯片上门驱动和数字电压稳压的电源；18脚（GND）为电源接地端；19脚（BST A ）为HS自举电源端（BST），需外接电容至OUT A；20脚、21脚（PVDD A）为半桥A电源输入端；22脚、23脚（OUT A）为半桥A输出； 24脚、25脚（GND）为电源接地端；26脚、27脚（OUT B）为半桥B输出；28脚、29脚（PVDD B）为半桥B电源输入端；30脚（BST B）为HS自举电源端（BST），需外接电容至OUT B；31脚（GND）为电源接地端；32脚（GVDD）为提供芯片上门驱动和数字电压稳压的电源端。

使用须知

图5为TAS5111用于评价测试的典型电路。在实际应用中，应注意以下几个方面的问题：

1. 电源

TAS5111功放芯片只需GVDD和PVDD-X两组电源，GVDD作为门驱动电源；通过内部稳压降低到12V左右，并通过GREG脚与印板GND（接地）之间的外接电容去耦。GREG通过一个自举缓升变换电路向上下两边的电路提供电源。自举电源在下边电路第一个导通脉冲之后进行充电。GVDD通过内部的LDR稳压在3.3V左右，以此获得DREG内部数字中心电压。LDR为门驱动，为减小无功损耗，可短路GREG和GVDD，以旁路LDR直接连接12.0V电源。在散热条件较差的应用场合，采取这种方式较为有利。旁路LDR以后，在GVDD为30V输入时可降低功耗1W左右。PVDD -X是H桥接的电源脚。有两个电源脚处理每个半桥的电流强度。推荐的工作条件为：数字电源DVDD为3～3.6V，典型值为3.3V（相对于DGND，推荐DVDD通过一个100Ω电阻同DREG脚连接）；提供内部门电路驱动和逻辑稳压的GVDD为16～30.5V，典型值为29.5V（相对于GND）；半桥电源PVDD X为0～30.5V，典型值为29.5V。结温0～125 ℃。

2.解调滤波器的设计

解调滤波器的设计对功率放大的性能影响极大。为了保证过流保护电路（OC）正常动作、并满足器件的THD+N技术规范，在选择输出滤波器的电感时必须考虑以下条件：其规律是在峰值电流即最大输出功率时，应使电感量保持稳定。当输出电流为15A时电感量应该保持5μH不变。做到了这一点，就不会因为输出滤波器电感的饱和而引起过流状态时TAS5111 的信号失真。

另一个要考虑的参数是电感器的无功电流损耗。通过测量规定电感器的耗散能量目标值应小于0.05。通常，在大多数应用场合，10μH的电感器已经足够。虽然输出负载电阻的变化对放大器的频响稍有影响，但是，除非对频响的控制非常严格，就没有必要偏离10μH。滤波器电容的选择比较简单，一般采用0.47μF、耐压为所加输出级电压（PVDD）的两倍就可以了。为了使不平衡的纹波损耗引起的EMI的影响最小化，在每一个电感的输出端和地之间加接一个0.1μF 50V 的SMD电容。

3.散热设计

TAS5111带有散热垫块，直接用导热胶粘贴在表面。如果散热垫块设计得当，芯片散发的热量会连续不断散发到空气中，就可达到热平衡。由于这种芯片的效率很高，散热垫块的体积比普通的线性放大器或类似性能的其它同类器件要小得多。

4. "喀呖"声和爆破声的消除

当从断开状态向接通状态过渡时，往往在扬声器中产生可以听到的"喀呖"声，例如，当系统启动，按压了RESET LH键时。为了保证系统正常工作，在使用TAS5111时，请按照以下的设计规则：

1. PWM AP/MX信号和它们相应的VALID X信号间相应的时间长度不能因插入延迟而变形。因为这种变形状况的增加，将加大音频"喀呖"声的音频幅度电平。

2. 由于每个扬声器输出和GND接地之间存在无源下拉电阻，输出级在工作前处于高阻抗状态，因此输出级必须在输出滤波电容完全放电之后进行开启。

影响"喀呖"声的其它因素：

1. 从"喀呖"声的频谱来看，它似乎是跟随扬声器的阻抗和频率曲线而来的。阻抗越高，"喀呖"声能量越大。

2. 低音单元和高音单元之间的分频滤波器可能对音频频带具有较高的阻抗，可能的话应尽量避免。