FDA903S D类汽车音频放大器技术解析与应用指南

STMicroelectronics FDA903S D类汽车音频放大器专门设计用于汽车应用，特别是紧急呼叫和远程信息处理应用。FDA903S将24位、100dB DAC转换和PWM D类输出级与LC滤波器前反馈结合。该配置可实现紧凑、价格低廉的应用设计。

数据手册：*附件：STMicroelectronics FDA903S D类汽车音频放大器数据手册.pdf

STM FDA903S D类汽车音频放大器支持高达16通道的I^2^S和TDM数字位流，具有8kHz至96kHz的多种采样频率。FDA903S内置完整的诊断功能，包括实时负载电流监控和数字门禁仪表，以满足扬声器控制和系统稳健性/可靠性方面最苛刻的OEM要求。FDA903S支持低至3.3V的启停起动。

FDA903S采用非常紧凑的薄型QFN 5x5封装。

特性

• 符合AEC-Q100标准
• 集成100dB数模转换器
• I^2^S和TDM数字输入（高达16通道TDM）
• 可选输入采样率频率 (8/16/32/44.1/48/96)
• 宽工作电源电压范围：3.3V至18V
• PWM频率开关可通过I^2^C选择
  • 352.8kHz, 384kHz, 411.6kHz, 448kHz
• 2个I^2^C地址
• MOSFET功率输出
  • 典型值10W 4Ω（14.4V，1kHz THD = 1%时）
  • 典型值5W 8Ω（14.4V，1kHz THD = 1%时）
• 噪声：80μV A加权：20kHz
• 8Ω、4Ω驱动能力
• 输入幅度限制器（可通过I^2^C配置）
• 负载电流监控器
• 2个CD/Diag引脚
• 集成ESD和短路保护
• I^2^C完全可配置和诊断
  • 启动诊断
  • 输入电压幅度限制器功能（可通过I^2^C配置）
  • 4个热警告
  • 直流诊断
  • OCP保护方案可配置
  • 静音时间配置
  • DAM（数字门禁仪表）
• 能够在播放中运行完整诊断
  • 可配置钳位检测电路
  • 热警告之一
  • 过流保护
  • 开路负载检测
  • 高压静音
• QFN32，带可湿性侧翼
• 测试符合CISPR 25 - V级（第四版）

框图

‌FDA903S D类汽车音频放大器技术解析与应用指南‌

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‌一、芯片概述与核心特性‌

‌1.1 产品定位‌
FDA903S是意法半导体（STMicroelectronics）推出的单通道D类音频放大器，专为汽车电子系统设计，适用于远程信息处理（Telematics）和紧急呼叫（e-Call）等场景。其核心优势包括：

• ‌宽电压工作范围‌：3.3V–18V，支持启停系统低压运行（最低至3.3V）。
• ‌高集成度‌：内置24位 DAC（信噪比100 dB）、PWM调制器及全诊断功能。

‌1.2 关键性能参数‌

• ‌输出功率‌：
  • 10W（4Ω负载@14.4V，THD=1%）
  • 5W（8Ω负载@14.4V，THD=1%）
• ‌信噪比‌：80 μV（A加权，20 kHz带宽）
• ‌调制频率‌：通过I2C可配置为352.8/384/411.6/448 kHz。
• ‌热阻‌：结到环境热阻（Rth j-a）为32.4°C/W（2信号层+2电源层PCB设计）。

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‌二、架构与接口设计‌

‌2.1 系统框图与信号流‌
如图1所示，芯片包含以下核心模块：

• ‌数字音频接口‌：支持I2S/TDM输入（最高16通道），采样率8–96 kHz可调。
• ‌反馈式D类架构‌：LC滤波器前反馈设计，降低外部元件尺寸与成本。
• ‌诊断单元‌：实时负载电流监测、数字导纳计（DAM）及开路/过流保护。

‌2.2 引脚功能分类‌

‌类型‌	‌关键引脚‌	‌功能说明‌
‌电源管理‌	VCC1± (17,18,23,24)	半桥供电输入，支持高压瞬态工况。
‌数字接口‌	I2Sclk (9)/I2Sws (10)	时钟与帧同步信号，兼容标准I2S和TDM协议。
‌诊断控制‌	CD/Diag1 (11)/CD/Diag2 (12)	clipping检测与诊断信号输出，支持硬件中断。
‌使能配置‌	Enable1 (27)/Enable2 (26)	双使能引脚，增强系统冗余可靠性。

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‌三、汽车级可靠性设计‌

‌3.1 诊断与保护机制‌

• ‌全工况诊断‌：
  • ‌启动自检‌：检测负载连接异常与电源状态。
  • ‌运行中诊断‌：实时监测 clipping、过热（4级温告警）、开路及过流。
  • ‌数字导纳计‌：精确测量扬声器阻抗变化，预防线圈老化故障。
• ‌安全认证支持‌：
  通过I2C/I2S输出诊断数据，满足 ‌ASIL-A‌ 等级功能安全要求，适用于警告音生成与车辆声学报警系统（AVAS）。

‌3.2 电磁兼容性（EMC）优化‌

• ‌引脚同步功能‌：CD/Diag引脚可配置为同步信号，协调多设备工作时序以降低EMI。
• ‌滤波设计‌：
  • 输出级LC滤波器（L1/L2=10 μH，C4/C8=1 μF）抑制高频噪声。
• ‌测试标准‌：通过CISPR 25 Class V（第四版）认证。

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‌四、硬件设计要点‌

‌4.1 典型应用电路‌
如图3所示，设计需注意：

• ‌电源去耦‌：AVdd/DVdd引脚就近连接4.7 μF+100 nF电容，抑制纹波。
• ‌散热管理‌：
  • 结温估算公式：‌Tj = Ta + Rth j-a × Pd‌（Pd为总功耗）。
  • 推荐使用2信号层+2电源层PCB，并通过导热孔连接散热焊盘。

‌4.2 布局建议‌

• ‌紧凑封装‌：QFN32（5×5×0.9 mm）封装配合可润湿侧翼，便于焊接质检。
• ‌接地分区‌：SGnd1–4分别连接模拟/数字地，并通过星型接地降低噪声耦合。

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‌五、软件配置与诊断开发‌

‌5.1 I2C寄存器配置‌
通过I2C接口（支持2地址）可实现：

• ‌输入幅度限制器‌：动态调整增益防止信号削波。
• ‌静音时间控制‌：配置启停时序避免爆音。
• ‌OCP响应阈值‌：设定过流保护触发条件。

‌5.2 诊断数据提取‌

• ‌负载电流监测‌：实时读取电流值并通过I2S回传。
• ‌故障标志位‌： Thermal Warning、Open Load、DC Offset等状态实时上报。

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‌六、应用场景拓展‌

‌ 6.1 紧急呼叫系统（e-Call） ‌
利用其3.3V低压启动特性，在车辆断电时仍能驱动扬声器发出警报音。
‌6.2 智能座舱音频‌
TDM多通道能力支持与车载多扬声器系统无缝对接。