TAS5766M和TAS5768M：PurePath™智能放大器的卓越选择

大家好，作为一名资深电子工程师，今天我要和大家深入探讨德州仪器（TI）的TAS5766M和TAS5768M这两款2x50 - W/4 - Ω PurePath™智能放大器。这两款放大器在音频领域有着广泛的应用，能为我们的设计带来诸多优势。

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产品概述

TAS576xM系列包含TAS5766M和TAS5768M两款产品，它们采用了TI的PurePath智能放大器技术，旨在优化和保护动态扬声器。该系列放大器能够增强低音效果、提高声音保真度和响度，同时驱动扬声器达到其热和机械极限。

产品特性亮点

1. 智能放大器功能：利用扬声器的安全工作区（SOA）信息和实时温度数据，通过自适应控制算法实现智能低音和动态范围保存（Smart DRP），还具备热保护和机械音圈偏移保护功能。
2. 立体声D类放大器：具有宽电源范围（4.5 V - 26.4 V）和宽负载范围（2 Ω - 8 Ω），能够提供高输出电流（2x 7.5 A）和峰值输出功率（2x 50 W/4 Ω），连续功率可达2x 20 W（无散热片）。
3. 低噪声和失真：输出噪声低（<60 μVrms at 12 V - supply，<90 μVrms at 24 - V supply），总谐波失真加噪声（THD + N）低（<0.02 % at 1 W/4 Ω，1 kHz）。
4. 可配置数字音频处理器：支持下混音和自定义EQ（10个双二阶滤波器），具备数字音频接口（I2S或TDM输入），采样频率为44.1 kHz和48 kHz FS，可配置数字输出。
5. 其他特性：采用多段DAC，具有出色的抖动抑制能力；集成高性能音频PLL；支持I2C控制；提供48 - 引脚PowerPAD™ HTSSOP或VQFN封装。

详细功能解析

智能SOA

扬声器的安全工作区（SOA）基于其机电热模型。Smart Amp通过了解扬声器的特性，能够在不导致扬声器热过载或音圈过度偏移的情况下，更强劲地驱动扬声器。PPC GUI将SOA参数转换为算法使用的系数。

智能低音（Smart Bass）

这是一种智能的真低音对齐算法，结合了扬声器模型和用户选择的目标响应，在低音区域对扬声器进行均衡。它能够实时调整真低音扩展和心理声学低音扩展的混合比例，根据扬声器在SOA中的位置、音乐类型、音量设置、温度、用户偏好和设计师偏好等参数动态切换。

智能保护

扬声器的主要故障机制是过热和过度偏移。Smart Protection通过对扬声器当前状态进行建模，自适应地改变Smart Amplifier的各种设置，以避免过热和过度偏移。设计工程师需要先将扬声器（驱动器和外壳）的详细信息提供给GUI，然后生成算法所需的系数。

调制方案

• BD - 调制（TAS5766M）：在放大器驱动具有短扬声器线的感性负载时，无需传统的LC重建滤波器即可工作。每个输出在0伏和电源电压之间切换，OUTPx和OUTNx在无输入时同相，正输出电压时OUTPx占空比大于50%，OUTNx小于50%；负输出电压时反之。这种方式在大多数开关周期内负载两端电压为0 V，减少了开关电流和I²R损耗。
• 1SPW - 调制（TAS5768M）：为了实现更高的效率，对正常调制方案进行了改变，但会导致THD略有下降，并且在输出滤波器选择上需要更多注意。在空闲状态下，输出以约15%的调制运行；施加音频信号时，一个输出减小，一个输出增大，减小的输出信号会迅速拉至地，此时所有音频调制通过上升的输出进行，大部分音频周期内只有一个输出开关，从而减少了开关损耗，提高了效率。

设备保护系统

TAS576xM包含一套完整的保护电路，能够有效保护设备免受短路、过载、过热和欠压等故障的影响。当检测到错误时，FAULT引脚会根据故障类型发出相应信号。具体保护机制如下：

• 过流保护：当输出级出现短路或过载导致过流时，FAULT引脚变为低电平，放大器输出切换到高阻抗状态。过流检测后，经过1.3 s的关断时间，输出会自动重新启动。
• 热保护：当内部管芯温度超过150°C时，热保护机制启动，设备进入关断状态，输出置于高阻抗模式。该触发点有15°C的滞后，当温度低于触发点且经过1.3 s的关断时间后，输出会自动重新启动。
• 直流保护：当输出直流电压超过电源电压的20%时，直流保护机制启动，设备进入关断状态，输出置于高阻抗模式。电压低于触发点后，经过0.65 s的关断时间，输出会自动重新启动。

时钟和音频接口

• 系统时钟输入：TAS576xM需要系统时钟来运行数字插值滤波器和高级分段DAC调制器。系统时钟通过SCLK输入（引脚12），支持高达50 MHz的频率。系统时钟检测电路会自动感应系统时钟频率，智能放大器处理模块仅支持44.1 kHz和48 kHz的采样率，尽管硬件支持8 kHz - 384 kHz的常见音频采样频率。
• 音频数据接口：音频接口端口是一个3 - 线串行端口，包括LRCLK（引脚15）、BCLK（引脚13）和DIN（引脚14）。支持行业标准的音频数据格式，如标准I2S、左对齐、右对齐和TDM，数据格式通过寄存器（Pg0Reg40）选择，所有格式都要求二进制补码、MSB优先的音频数据，最多接受32位音频数据。

应用案例分析

立体声应用

在立体声应用中，TAS576xM可以配置为2.0系统，通过数字输入信号将两个声道的音频放大后发送到两个独立的扬声器。在设计时，需要注意以下几点：

• 增益设置和输出开关频率：通过连接到GAIN/FSW控制引脚的分压器设置模拟D类放大器的增益，同时该引脚也控制输出级开关频率的倍数。推荐在12 V及以下的电源电压下设置增益为14 dB，在6 V - 26 V的电源电压下设置增益为20 dB。
• DAC到AMP交流耦合：使用外部交流耦合电容器连接DACx输出和AMP INPx输入，并在INNx到地之间连接一个电容器，以实现最小的直流偏移和开机/关机时的咔嗒声和爆音。输入级是全差分输入级，输入阻抗会随着增益设置从14 dB时的120 kΩ变化到20 dB时的60 kΩ，输入电阻值的公差为±20%。
• 自举电容器：全H桥输出级仅使用NMOS晶体管，因此需要自举电容器来正确开启每个输出的高端。必须将额定电压至少为16 V的220 - nF陶瓷电容器从每个输出连接到其相应的自举输入。

单声道/PBTL应用

TAS576xM可以配置为单声道模式，通过将INPL和INNL直接接地（无电容器），将OUTNR和OUTPR连接在一起作为扬声器的正极端子，将OUTPL和OUTNL连接在一起作为负极端子，可实现高达100 W的峰值输出功率到2 - Ω扬声器。在这种模式下，右DAC通道（DACR）用作扬声器放大器的输入（INPR），左通道DACL可用于外部放大器以增加通道和功率。需要注意选择能够处理高电流的电感器。

电源和布局建议

电源建议

TAS576xM需要两个电源：一个是用于AVDD、DVDD和CPVDD引脚的3.3 V标称低压电源，另一个是用于PVCC和AVCC引脚的4.5 V - 26.5 V高压电源。DVDD和PVCC的上电顺序没有要求。

• AVDD、DVDD、CPVDD电源：AVDD用于为DAC模拟输出级供电，需要一个稳定且经过滤波的3.3 V电源电压；DVDD用于为I2S输入、I2C输入、GPIO块和音频DSP的数字电路供电，同样需要稳定且经过滤波的3.3 V电源电压。
• GVDD电源：用于为输出全桥晶体管的栅极供电，也用于提供GAIN/FSW分压器的电压。使用X7R陶瓷1 - μF电容器将GVDD与地去耦，建议使用100 kΩ或更高的电阻分压器来限制电流消耗。
• PVCC、AVCC电源：高性能D类音频系统需要足够的电源去耦，以确保输出总谐波失真（THD）和噪声尽可能低。在设备PVCC引脚和系统接地平面附近放置一个质量良好、等效串联电阻（ESR）低的陶瓷电容器（大于220 nF），并在音频功率放大器附近放置一个较大的铝电解电容器（470 μF或更大），用于过滤低频信号和处理开关纹波电流，同时作为本地存储电容器，在放大器输出出现大信号瞬变时提供电流。

布局建议

在进行PCB布局时，需要考虑音频、热和EMC要求：

• 输出滤波器：当扬声器使用短内部线且电源电压为12 V或更低时，可以使用小型、廉价的铁氧体珠输出滤波器；对于较长的线或高于12 V的电源电压，建议使用LC滤波。
• 去耦电容器：高频去耦电容器应尽可能靠近PVDD和AVCC引脚放置，使用1 - μF高质量陶瓷电容器；在PVDD电源上靠近TAS576xM放置大型（470 μF或更大）的大容量电源去耦电容器；在DVDD、AVDD和CPVDD引脚附近放置本地高频旁路电容器。
• 接地：建议使用大的公共接地平面，PVDD去耦电容器应连接到地，TAS576xM的电源焊盘应连接到地。
• 输出电流回路：保持每个输出通过输出电感器和小滤波电容回到地的电流回路尽可能小而紧凑，以减少其作为天线的有效性。

总结

TAS5766M和TAS5768M这两款PurePath智能放大器凭借其丰富的功能、出色的性能和灵活的配置选项，为音频设计工程师提供了一个强大的工具。无论是在音频基座、条形音箱、笔记本电脑、一体机电脑还是数字电视等应用中，都能够满足对音质和可靠性的高要求。希望通过本文的介绍，能帮助大家更好地了解和应用这两款放大器，在实际设计中取得更好的效果。大家在使用过程中有任何问题，欢迎一起交流探讨！