TAS5760MD：通用I2S输入D类放大器的全方位解析

在音频设备的设计领域，放大器的性能往往决定了整个系统的音频质量。今天，我们就来深入探讨一款备受关注的产品——TAS5760MD通用I2S输入D类放大器，它集成了DirectPath™耳机和线路驱动器，为音频设计带来了诸多便利和出色的性能表现。

文件下载：tas5760md.pdf

一、产品概述

TAS5760MD是一款立体声I2S输入设备，具备硬件和软件（I²C）两种控制模式。它集成了数字限幅器，拥有多种增益选项，并且电源供应的工作范围很宽，这使得它能够适用于众多不同的应用场景。其标称电源电压范围为4.5至24 VDC，还集成了DirectPath™耳机放大器和线路驱动器，有效提高了系统集成度，降低了整体解决方案的成本。

二、产品特性

（一）音频输入输出配置

• 输入：支持单立体声I²S输入，为音频信号的传输提供了稳定且高质量的接口。
• 输出：可实现立体声桥接负载（BTL）或单声道并联桥接负载（PBTL）操作，满足不同的音频输出需求。同时，支持32、44.1、48、88.2、96 kHz的采样率，能够适应多种音频格式。此外，还配备了耳机放大器和线路驱动器，进一步拓展了其应用范围。

（二）通用操作特性

• 控制方式：提供可选的硬件或软件控制模式，方便工程师根据具体的设计需求进行灵活选择。
• 数字限幅器：集成数字输出限幅器，能够有效防止音频信号失真，保证音频质量。
• 地址可编程：具有可编程的I²C地址（(1101100[^{R}{w}]) 或 (1101101[^{R}{N}]) ），便于在多设备系统中进行地址分配和管理。
• 闭环放大器架构：采用闭环放大器架构，能够提高放大器的稳定性和线性度，减少失真。
• 开关频率可调：扬声器放大器的开关频率可调，工程师可以根据实际情况进行优化，以达到更好的性能表现。

（三）鲁棒性特性

具备时钟错误、直流、短路保护，以及过温保护和可编程过流保护等功能，能够有效保护设备免受各种异常情况的损害，提高设备的可靠性和稳定性。

（四）音频性能

在 (PVDD = 19 V) 、 (R_{SPK}=8 Omega) 、SPK_GAIN[1:0] (Pins =01) 的条件下，空闲通道噪声 (≤80 mu Vrms) （A - 加权），总谐波失真加噪声（THD + N）为0.03%（在1W、1kHz时），信噪比（SNR）为100 dB A - 加权（参考 (THD + N = 1%) ），这些数据表明该放大器具有出色的音频性能。

三、应用领域

TAS5760MD的应用范围非常广泛，涵盖了LCD/LED电视、多功能显示器、条形音箱、对接站、PC音频以及通用音频设备等领域。其出色的性能和丰富的功能，能够为这些设备提供高质量的音频解决方案。

四、详细功能描述

（一）电源供应

TAS5760MD需要一个3.3 - V的电源来为低压模拟和数字电路供电，以及一个更高电压的电源（PVDD）来为扬声器放大器的输出级供电。芯片上集成了多个稳压器，用于为音频路径的内部电路生成所需的电压。需要注意的是，这些集成的稳压器仅能为内部电路提供足够的电流，外部引脚仅作为连接片外旁路电容的连接点，用于过滤电源，连接外部电路可能会导致性能下降和设备损坏。

（二）扬声器放大器音频信号路径

1. 串行音频端口（SAP）

支持I²S、左对齐或右对齐格式的音频输入。在硬件控制模式下，设备仅工作在32、48或64 x f (64 ×f_{S}) I²S模式；在软件控制模式下，还提供了更多左对齐和右对齐音频格式的选项。

2. 直流阻塞滤波器

为了防止音频信号中的过多直流成分损坏扬声器，以及避免信号路径中的直流偏移在扬声器放大器静音和取消静音时产生可听的伪像，放大器采用了两种直流阻塞方法。一种是在数据路径前端设置高通滤波器，去除输入音频数据中的直流成分；另一种是直流检测电路，当检测到输出端存在直流时，会关闭功率级并发出锁存故障信号。

3. 数字增益和音量控制

在高通滤波器之后，集成了数字增益块，可根据应用需求提供额外的数字增益，并在硬件控制模式下为给定的GAIN[1:0]引脚配置设置适当的限幅点。数字音量控制范围从静音到24 dB，步长为0.5 dB，并且在音量设置转换时，会以每8个LRCK周期0.5 dB的速率进行，以确保音量变化时无明显的音频伪像。

4. 数字限幅器

集成在过采样域中的数字限幅器，无需额外的组件即可设置扬声器放大器的限幅点。通过I²C控制端口的“数字限幅器电平 (x^{prime prime}) ”控制，可以直接设置过采样数字路径的限幅点，从而确定放大器的10% THD + N工作点。

5. 闭环D类放大器

数字限幅器之后，音频数据被发送到闭环D类放大器，其第一级是数字到脉宽调制（PWM）转换（DPC）块。在该块中，立体声音频数据被转换为两对互补的PWM信号，用于驱动扬声器放大器的输出。DPC周围的反馈回路确保了电源电压范围内的恒定增益，减少了失真，并提高了对电源注入噪声和失真的免疫力。

（三）扬声器放大器保护套件

TAS5760MD的扬声器放大器具备一套强大的错误处理和保护功能，可防止过流、欠压、过压、过温、直流和时钟错误等情况。这些错误的状态通过SPK_FAULT引脚和I²C控制端口中的相应错误状态寄存器进行报告。根据清除故障并恢复正常操作的要求，设备的错误处理行为可分为“锁存”和“非锁存”两种类型。

（四）耳机和线路驱动器放大器

该放大器集成了一个多功能的低压模拟输入放大器，可作为耳机放大器或线路驱动器使用。它采用TI的专利DirectPath™技术，能够在3.3 - V电源电压下驱动2 (V_{RMS}) 到10 - kΩ负载或23 mW到32 - Ω耳机负载。其输出具有±8 - kV IEC ESD保护，内置主动静音控制，可实现无咔嗒声的音频开关控制，并且外部欠压检测器可在PVDD电源移除时静音输出，确保无咔嗒声关机。

五、设备功能模式

（一）硬件控制模式

对于不需要I²C控制端口额外灵活性或没有I²C主机控制器的系统，可以使用硬件控制模式。在这种模式下，设备以默认配置运行，通过硬件控制引脚进行配置更改。虽然硬件控制模式和软件控制模式的音频性能相同，但软件控制模式提供了更多的功能和特性。

（二）软件控制模式

将两个增益引脚（GAIN[1:0]）拉高即可进入软件控制模式。在这种模式下，PBTL/SCL和FREQ/SDA引脚被分配为I²C控制端口的时钟和数据线。软件控制模式提供了更多的数字音频数据格式和时钟速率选项，可通过I²C控制端口进行设置。

六、应用与实现

（一）应用信息

文档中提供了典型的连接图，展示了在几种常见应用场景中设备正常运行所需的外部组件和系统级连接。这些配置可以通过设备的评估模块（EVM）进行实现，并且部分应用电路可作为参考设计在TI网站上找到。

（二）典型应用

详细介绍了立体声BTL和单声道PBTL在软件控制和硬件控制模式下的设计要求、详细设计步骤、组件选择和硬件连接等内容。例如，在立体声BTL使用软件控制的设计中，需要注意I²C上拉电阻的选择、数字I/O连接的方式以及耳机和线路驱动器放大器的相关参数设置等。

七、电源供应建议

TAS5760MD需要两个电源，一个高电压的PVDD电源为扬声器放大器的输出级及其相关电路供电，一个低电压的DVDD电源为设备的各个低功率部分供电。在连接、布线和去耦时，需要遵循TAS5760xx EVM用户指南中的相关技术要求，以确保设备的正常运行和性能表现。

八、布局建议

（一）布局准则

音频放大器的布局对系统性能至关重要，包括热性能、电磁兼容性（EMC）、设备可靠性和音频性能等方面。在布局时，应遵循文档中提供的应用部分关于设备和组件选择的指导，并精确遵循布局示例中的布局指导。同时，要特别注意PVDD旁路电容的放置，应尽可能靠近PVDD引脚，以减少电磁干扰并提高设备的可靠性。

（二）优化热性能

为了优化热性能，应避免在放大器附近放置其他发热组件或结构，尽可能使用更高层数的PCB，将设备放置在PCB的中心位置，避免用走线或过孔切断热量流动，保持接地引脚到周围PCB区域的连续接地平面等。

TAS5760MD作为一款功能强大、性能出色的音频放大器，为音频设备的设计提供了丰富的选择和可靠的解决方案。在实际设计过程中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择控制模式、配置参数，并注意电源供应和布局等方面的要求，以充分发挥该设备的优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题或者有什么独特的设计思路呢？欢迎在评论区分享交流。