使用D类音频放大器诊断汽车故障

MAX13300汽车D类音频放大器内置许多诊断功能，有助于定位系统中的故障。当没有音频存在时，放大器在扬声器输出上检测以下故障情况。由于在这些测试期间可能不存在音频，因此这些测试通常在启动时运行一次，或者仅在出厂诊断模式下请求时运行。

对地短路

电池短路

打开负载

电阻测量

高音喇叭存在

输出偏移

还有另一组诊断程序设计为在存在音频时连续运行。这些诊断为系统提供MAX13300/MAX13301/MAX13302状态反馈。

削波检测

热警告检测

电荷泵欠压

电源欠压

电源过压

启动过程

为避免启动时出现不必要的咔嗒声，请按下列步骤操作（图1）：

　　设置/MUTE_CL1的状态以选择 I2C 地址的 LSB。

　　将 EN 针脚拉高。

　　释放/MUTE_CL1。

　　如果需要两个以上的 I2C 地址，请先写入 CTRL4。ADR［1：0］ 设置新地址，然后写入 CTRL5。ADRDF = 0 以启用新地址。

　　通过设置 CTRL1 增加短路电流阈值。CLTH = 0。这保证了不会因为启动时的电流不平衡而错误触发短路诊断。

通过设置 CTRL2 启用设备。STBY = 0。。

通过设置 CTRL1 启用输入预充电。前 = 1。

设置 CTRL2。MD01 = 10 和 CTRL2。MD23 = 10。这会将输出电容器预充电至 PVDD/2。

设置 CTRL0、CTRL1。CLVL[1：0]， CTRL1.MD[1：0]， CTRL3.HCL，CTRL3。LDM、CTRL4 和 CTRL5 根据应用程序要求转换为所需值。

从步骤 10 开始等待至少 7 毫秒。通过设置 CTRL1 禁用预充电电路。前 = 0。

等待 100 毫秒× C鼎控银行（μF） 用于稳定输入偏置电压。这意味着，如果在输入端使用2.2μF隔直电容，则至少等待220ms。减少此时间将增加启动时产生的咔嗒声和爆裂声。

可选：设置 CTRL2。MD23[1：0] = CTRL2。MD01[1：0] = 01 并延迟至少 50 毫秒，然后再继续。这会将输出设置为静音模式。

设置 CTRL2。MD23[1：0] = CTRL2。MD01[1：0] = 11。这会将输出设置为播放模式。

通过设置 CTRL1 将短路诊断阈值设置回正常。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

 

图1.启动过程。

三态程序

为避免关机时出现不必要的咔嗒声，请按下列步骤操作（图2）：

如果音频源已静音，请转到步骤 4。

通过设置 CTRL2 将输出设置为静音模式。MD23[1：0] = CTRL2。MD01[1：0] = 01。

等待至少 50 毫秒，以确保 20Hz 信号没有咔嗒声。

通过设置 CTRL2 对输出进行三态。MD23[1：0] = CTRL2。MD01[1：0] = 00。

图2.三态程序。

关机程序

为避免关机时出现不必要的咔嗒声，请按下列步骤操作（图3）：

按照上述三态过程对输出进行三态处理。

通过设置 CTRL2 进入待机模式。STBY = 1。

将 EN 针脚拉低。

图3.关机过程。

负载诊断

电池短路诊断程序

此诊断可检测到任何输出上的电池短路或接地小于1kΩ。电池和接地短路的诊断在同一时间以相同的诊断模式完成，但是，设备必须退出待机模式才能运行对地短路诊断。所有结果均未锁定，因此在运行此诊断程序时必须读取OSTAT2寄存器才能获得有效状态。

如果存在负载，则任一差分输出短路会导致另一个输出短路。因此，OSTAT2状态寄存器仅指示哪个通道的输出短路，而不指示哪个差分输出短路。我2例如，C 状态寄存器可以指示输出 1 短路到电池;它无法区分 OUT1+ 和 OUT1- 电池短路。

要确定任何输出上是否存在接地短路或电池短路，请通过 I 对所有输出进行三态2C 并进入待机状态 （CTRL2.STBY = 1）。通过设置 CTRL3 运行对地短路/电池诊断。SDET（对地短路/电池诊断使能）位至 1。诊断结果在OSTAT2中报告。SBAT[3：0]（电池短路指示器）位。忽略所有其他故障指示，因为它们无效。

由于未设置闩锁，因此接地或电池短路不会阻止设备通电。因此，微控制器可以使设备短路，尽管不鼓励使用这种配置。如果器件使能短路，实时过流将锁断短路通道。MAX13300/MAX13301提供电池短路、接地短路和负载短路的实时保护，防止器件损坏。

分步过程（图4）

设备必须处于待机模式才能完成此诊断。如果从静音或播放模式启动，请按照正常关机过程操作以防止咔嗒声和弹出声。

通过设置 CTRL3 启用电池短路诊断。SDET = 1。

等待至少 200μs。

阅读 OSTAT2。SBAT[3：0] 位结果。

通过设置 CTRL3 禁用电池短路诊断。SDET = 0。

图4.短路至 V.BAT诊断程序。

对地短路诊断程序

该诊断可检测到任何输出上的接地短路小于1kΩ。电池和接地短路的诊断同时在相同的诊断模式下完成。所有结果均未锁定，因此在运行此诊断程序时必须读取OSTAT2寄存器才能获得有效状态。

如果存在负载，则任一差分输出短路会导致另一个输出短路。因此，状态寄存器仅指示哪个通道的输出短路，而不指示哪个差分输出短路。我2例如，C 状态寄存器可以指示输出 1 与电池短路，但它无法区分 OUT1+ 和 OUT1- 与电池短路。

要确定任何输出上是否存在接地短路或电池短路，请通过 I 对所有输出进行三态2C. 通过设置 CTRL3 运行对地短路/电池诊断。SDET（对地短路/电池诊断使能）位至 1。在诊断期间，该器件在每个差分输出端将一个 3kΩ 电阻分流至地，并从 PVDD 的每个输出端提供 2mA 电流。在正常情况下，每个输出端产生6V电压。输出电压>6V被解释为电池短路。输出电压<6V被解释为对地短路。诊断结果在OSTAT2中报告。SBAT[3：0]（电池短路指示器）和 OSTAT2。SGND[3：0] （对地短路）位。

由于未设置闩锁，因此接地或电池短路不会阻止设备通电。因此，微控制器可以使设备短路，尽管不鼓励使用这种配置。如果器件使能短路，实时过流将锁断短路通道。MAX13300/MAX13301提供电池短路、接地短路和负载短路的实时保护，防止器件损坏。

分步过程（图5）

输出必须处于三态模式，电荷泵处于活动状态（CTRL2.STBY = 0）。如果从静音或播放模式启动，请按照正常关机过程操作以防止咔嗒声和弹出声。

通过设置 CTRL3 启用对地短路诊断。SDET = 1。

等待至少 200μs。

阅读 OSTAT2。SGND[3：0] 位表示结果。

通过设置 CTRL3 禁用对地短路诊断。SDET = 0。

图5.对地短路诊断程序。

开路负载检测

此诊断检测到 OUT_+ 和 OUT_- 之间的开路为 > 70Ω 或 > 200Ω，具体取决于 CTRL 的值。LDM（负载检测阈值）位。

为了检测开路负载，通过I对输出进行三态2C并通过设置CTRL3对输出电容器放电。DIS（放电）位为 1。通过设置 CTRL3 运行打开负载诊断测试。RDET（开负载诊断启用）为 1。在诊断期间，负输出（OUT_-）上的所有低侧FET均导通，而所有其他FET均关断。该器件提供 2mA 电流范围为 OUT_+ 至 OUT_-。如果负载不存在，则 OUT_+ 摆动高，其相对较高的 VOUT_+ 被解释为开路输出。诊断结果以 OSTAT0./LDOK[3：0]（负载正常指示器）位报告。

分步过程（图6）

输出必须处于三态模式，电荷泵处于活动状态（CTRL2.STBY = 0）。如果从静音或播放模式启动，请按照正常关机过程操作以防止咔嗒声和弹出声。

设置 CTRL3。基于应用要求的 LDM。

通过设置 CTRL3 将输出放电至地。DIS = 1，可防止诊断期间出现咔嗒声。

等待至少200μs。

通过设置 CTRL3 启用打开负载诊断。RDET = 1 和 CTRL3。DIS = 0。

等待至少200μs。

读取OSTAT0.OC[3]位。如果任何 OSTAT0.OC[3：0] 位为低位，则为 OSTAT1。LDOK[3：0] 位由于短路至 V 而无效.BAT在 OSTAT0.OC[3：0] 位指示的通道上。因此，请转到步骤 9。

阅读 OSTAT1。LDOK[3：0] 表示结果。

通过设置 CTRL3 禁用打开负载诊断。RDET = 0。

图6.开负载诊断程序。

短路负载/电阻测量检测

该诊断可以测量负载的电阻，以便可以检测任何输出上的短路负载。由于可以通过诊断计算电阻，因此此诊断也可以用作检测开路负载或确定扬声器是否存在的替代方法。要检测短路负载，请将设备置于正常模式;将 CTRL3.TW（高音扬声器/短路负载诊断选择）位设置为 0;设置地图。LCTM 为 1，将/LOAD_故障位映射到/CL0引脚;并向被测输入施加≤ 20Hz正弦信号或单个半正弦信号脉冲。信号的幅度将取决于应用要求。该器件将负载电流与短路负载电流门限进行比较。如果负载电流超过阈值，则相应的STAT3./LOAD_（负载指示器）位设置为1，表示负载短路。短路负载电流阈值取决于编程的电流限值。（请参阅数据手册中的电气特性表。类似的程序可用于通过使用较大幅度的正弦信号来检测开路负载。

请注意，检测到短路时，/LOAD_位不会锁存为高电平。在过零期间，负载电流不超过阈值，/LOAD位清零至0。有两种方法可以获得短路负载诊断的结果：

连续读取/LOAD_位，以确定是否有任何位设置为高电平。

监视漏极开路/CL0输出。由于/CL0是/负载位的NORed函数，因此，如果任何输出存在短路，则/CL0拉低。

通过设置 MAP，将/LOAD_位屏蔽为/CL0输出。当短路负载诊断不再运行时，LCTM（高音扬声器和短路负载掩码）位为 0。清除此位可防止在播放期间超过短路负载电流阈值时置位/CL0。

对所有输出进行负载电阻测量诊断。短路负载可通过检查/LOAD_位或一次将正弦信号注入一个通道来追溯到其所在的输出。

分步过程（图7）

按照正常启动过程进入播放模式。

通过设置 CTRL3 选择低电流阈值。盐酸 = 0。该电流约为1.3A。（请参阅数据手册中的电气特性表。

通过设置 MAP，将诊断电流门限映射到/CL0引脚。LCTM = 1。

通过设置 CTRL3.TW = 0，将当前阈值设置为短路检测的高设置。如果正在运行开放测试，请将 CTRL3.TW = 1 设置为选择当前下限阈值设置。

对于每个输出 [0 到 3]：

根据应用要求生成低频正弦波（通常≤ 20Hz）或单脉冲半正弦波，其幅度。如果正弦波的幅度斜坡上升，直到/CL0处于活动状态，则可以测量确切的扬声器阻抗。

监控/CL0或读取OSTAT1。LOAD[3：0] 以确定是否超过当前阈值。此状态未锁定，因此它将根据信号幅度打开/关闭。如果监视/CL0，则必须一次将输入信号施加到一个通道。您还可以通过 I 读取/负载状态位2C 用于确定哪个输出导致/CL0引脚置位。

通过设置 MAP 删除诊断当前阈值映射。LCTM = 0。

有几种方法可以测量负载的确切电阻：

缓慢增加正弦波或半正弦脉冲，直到首次置位/CL0引脚。然后通过以下公式计算电阻：

 

地点：
我T= 阈值电流由 CTRL3.HCL
V 设置。INP= 峰值输入电压信号
GAIN = 通道的增益设置

使用正弦波或单个半正弦脉冲，其幅度保证在预期的负载电阻下跳闸选定的阈值电流。施加测试信号时，测量/CL0为低电平的时间。由此，负载电阻可以计算如下：

图7.短路负载诊断程序。

高音扬声器检测

此诊断检测在使用无源分频器时高音扬声器是否正确连接。要检测短路负载，请将设备置于正常模式;将 CTRL3.TW（高音扬声器/短路负载诊断选择）位设置为 1;设置地图。LCTM 至 1;并向所有输入施加15kHz至25Hz正弦信号。该器件将负载电流与高音扬声器检测电流阈值进行比较。如果负载电流超过阈值，则相应的STAT3./LOAD_（负载指示器）位设置为1，表示存在高音扬声器。输入信号的幅度取决于高音扬声器的阻抗与频率特性。正确的高音扬声器检测要求振幅足够大，以便在存在高音扬声器时触发阈值。

请注意，检测到高音扬声器时，/LOAD_位不会锁存高电平。过零期间，负载电流不超过阈值，/LOAD_位清零至0。有两种方法可以获得高音扬声器检测诊断的结果：

连续读取/LOAD_位，以确定是否有任何位设置为高电平。

监视漏极开路/CL0输出。由于/CLP0 是/LOAD_位的 NORed 函数，因此，如果任何输出存在短路，则/CLP0 拉低电平。

通过设置 MAP，将/LOAD_位屏蔽为/CL0输出。当高音扬声器检测诊断不再运行时，LCTM（高音扬声器和短路负载掩码）位为 1。这样做可以防止在播放过程中超出高音扬声器检测电流阈值时置位/CL0。

高音扬声器检测诊断在所有输出上完成。通过检查/LOAD_位，高音扬声器的存在可追溯到任何输出。输出 3 上存在高音扬声器会导致/负载 3 变高等。

分步过程（图9）

设置 CTRL3。盐酸 = 0。

通过设置 MAP，将诊断电流门限映射到/CL0引脚。LCTM = 1。

按照正常启动过程进入播放模式。

通过设置 CTRL3.TW = 1，将诊断电流阈值设置为低。

对于每个输出 [0 到 3]：

根据应用要求生成幅度为高频正弦波（15kHz至25kHz）。您必须一次检查一个输出，以确定哪个输出具有打开的高音扬声器。

监控/CL0或读取OSTAT1。LOAD[3：0] 以确定是否超过当前阈值。此状态未锁定，因此它将根据信号幅度打开/关闭。

通过设置 MAP 删除诊断电流阈值映射。LCTM = 0。

通过设置 CTRL3.TW = 0 选择正常诊断电流阈值。

要选择最佳输入电压幅度，请在所选测试频率下测量有或没有高音扬声器的扬声器阻抗。下面是有和没有高音扬声器的典型4Ω扬声器阻抗曲线。

图8.典型4Ω扬声器阻抗与频率的关系

当测试频率为20kHz时，最佳输入电压为/CL0引脚置位时，扬声器阻抗为：

其中：
R台湾= 存在
高音扬声器时的扬声器阻抗 R无台币= 无高音扬声器的扬声器阻抗

使用上面的等式和图 8 中的数据：

图9.高音喇叭诊断程序。

连续诊断

MAX13300/MAX13301/MAX13302持续监测关键性能和安全参数，如输出失调电压、输出削波、热故障以及欠压和过压情况。结果在状态寄存器（STAT和OSTAT_）中报告并持续更新。

偏移诊断

运行失调诊断程序以确定差分输出之间是否存在失调。要运行此诊断程序，请将设备置于播放模式，并且不应用任何输入信号。此诊断的结果以OSTAT3./VOS[3：0]（失调电压指示器）位报告。VOS_指示失调电压是小于还是大于失调电压阈值。MAX800/MAX13300的门限典型值为13302mV，MAX1的门限典型值为0.13301V。

剪切诊断

使用削波诊断程序检测削波输出。对 CTRL1 进行编程。阈值为 1%、0%、2% 或 4% THD 的 CLVL[6：10]（削波电平）位。削波指示由 OSTAT0./CLIP[3：0]（削波指示器）位提供。这些位仅在过驱动输出实际削波时设置为 1。每个输出都有一个削波输出指示器;OSTAT0./CLIP[3] 用于输出 3，依此类推。漏极开路输出/CL0和/MUTE_CL1也提供削波指示。

热警告诊断

如果结温超过编程温度限值，则立即设置温度故障。器件不会根据温度警告达到编程限值。当温度降至阈值以下时，温度警告会自行清除。如果结温超过+150°C的最高结温，器件将禁用所有通道。数字接口保持活动状态，寄存器的内容保持不变。当芯片温度降至+140°C以下时，恢复正常工作。编程温度限值由软件在+110°C至+140°C范围内设置，增量为10°C。

电荷泵欠压诊断

MAX13300/MAX13301借助电荷泵驱动高端FET。电荷泵对保持电容 C 充电克霍尔德，在每个开关周期结束时至 5V。当电压在C上克霍尔德低于 3.45V，器件置位 STAT./CPUV（电荷泵欠压指示器）位和三态所有输出。只有在保持电容上的电压升至3.75V以上时，器件才会解除位。

欠压诊断

欠压监视器检测 PVDD 上的低电压 （< 6V）。在欠压条件下，器件对所有输出进行三态处理，将 STATE./UV（欠压指示器）位设置为 0，并置位低电平有效FLT_OT开漏输出。

过压诊断

MAX13300/MAX13301/MAX13302检测PVDD上的过压和抛负载情况，保护DMOS器件免受损坏。在过压条件下，器件将 STAT./OV（过压指示器）位设置为 0，置位为漏极开路输出/FLT/OT，并锁存至待机模式。所有差分输出均调节至 13300/13301 VPVDD，以最大限度地降低低侧和高侧 FET 的漏源电压并防止击穿。消除过压条件后，通过清除 CTRL 使设备退出待机模式。STBY（待机）位。MAX50/MAX26可以承受35V抛负载电压尖峰。1V 至 7V 的电池充电器电压可承受长达 <> 小时。图 <> 说明了器件在负载突降期间的行为。

结论

MAX13300/MAX13301/MAX13302器件内置诊断功能，可满足OEM诊断要求。负载和高音扬声器诊断等特定测试中内置的灵活性允许使用 OEM 特定的阈值。

审核编辑：郭婷