探索TAS5717/TAS5719：高性能数字音频功率放大器的卓越之选

在当今数字化音频技术蓬勃发展的时代，音频功率放大器作为音频系统中的关键组件，其性能的优劣直接影响着音频的播放质量。德州仪器（TI）推出的TAS5717和TAS5719数字音频功率放大器，凭借其出色的性能和丰富的功能，在音频市场中占据了重要的地位。本文将深入探讨这两款放大器的特点、功能以及应用设计，为电子工程师们提供全面的参考。

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一、产品概述

TAS5717和TAS5719是TI推出的高效数字音频功率放大器，分别支持2×10W和2×15W的输出功率。它们采用了先进的Class-D技术，具有高效、节能的特点，无需额外的散热片，能够有效降低系统成本和体积。此外，这两款放大器还集成了无电容耳机放大器，为用户提供了更加便捷的音频解决方案。

二、产品特点

（一）音频输入/输出

• 输出功率：TAS5717支持2×10W输出，TAS5719支持2×15W输出，能够满足不同应用场景的需求。
• 电源范围：具有广泛的PVDD范围，从4.5V到26V，适用于多种电源系统。
• 高效Class-D操作：采用高效的Class-D操作模式，无需散热片，降低了系统成本和体积。
• 串行音频输入：支持一个串行音频输入（两个音频通道），方便与数字音频处理器和MPEG解码器集成。
• I2C地址选择：通过PIN（芯片选择）进行I2C地址选择，方便系统配置。
• 采样率支持：支持8kHz到48kHz的采样率（LJ/RJ/I2S），能够适应不同的音频格式。
• 耳机放大器：集成了无电容耳机放大器，提供立体声耳机输出（立体声2-V RMS线路驱动器）。

（二）音频/PWM处理

• 独立通道音量控制：支持独立通道音量控制，范围从24dB到静音，提供精细的音量调节。
• 动态范围控制：可编程的两频段动态范围控制，能够有效保护扬声器，提高音频的动态范围。
• 扬声器EQ：14个可编程的双二阶滤波器（Biquads），用于扬声器EQ，优化音频性能。
• 滤波器系数：可编程的DRC滤波器和DC阻塞滤波器系数，提供灵活的音频处理。
• 精细音量支持：支持0.125dB的精细音量调节，满足用户对音量的精确控制需求。

（三）一般特点

• 串行控制接口：串行控制接口无需MCLK，采用工厂校准的内部振荡器进行自动速率检测，降低了系统复杂度。
• 表面贴装封装：采用48引脚、7mm×7mm的HTQFP封装，适合表面贴装工艺，便于PCB设计。
• PWM模式支持：支持AD、BD和三元PWM模式，提供灵活的音频处理方式。
• 保护功能：具有热保护和短路保护功能，确保系统的可靠性和稳定性。

三、产品功能详解

（一）电源供应

TAS5717/9仅需一个3.3V电源和典型的13V功率级电源，内部电压调节器为栅极驱动电路提供合适的电压。每个半桥都有独立的电源引脚（PVDD_X），需要使用100nF的陶瓷电容进行去耦，以确保最佳的电气性能、EMI合规性和系统可靠性。此外，为了保证自举电路的正常工作，需要在每个自举引脚（BST_X）和功率级输出引脚（OUT_X）之间连接一个33nF的陶瓷电容。

（二）I2C芯片选择/耳机关闭

A_SEL/HP_SD是一个输入引脚，在电源启动时可以拉高或拉低。高电平表示I2C子地址为0x56，低电平表示子地址为0x54。

（三）设备保护系统

• 过流保护：设备在所有高端和低端功率级FET上都有独立、快速反应的电流检测器。如果高电流情况持续存在，保护系统将触发锁存关闭，将功率级设置为高阻抗（Hi-Z）状态。
• 过温保护：当设备结温超过150°C（标称值）时，设备将进入热关断状态，所有半桥输出将设置为高阻抗（Hi-Z）状态，并断言FAULT为低电平。
• 欠压保护：TAS5717/9的UVP和POR电路能够在任何上电/下电和掉电情况下完全保护设备。当AVDD或任何PVDD引脚的电源电压降至UVP阈值以下时，所有半桥输出将立即设置为高阻抗（Hi-Z）状态，并断言FAULT为低电平。

（四）时钟、自动检测和PLL

TAS5717/9是一个从设备，接受MCLK、SCLK和LRCLK。时钟部分使用MCLK或内部振荡器时钟（当MCLK不稳定、超出范围或不存在时）来产生内部时钟（DCLK），运行频率为PWM开关频率的512倍。设备能够自动检测并设置内部时钟控制逻辑，以适应所有支持的时钟速率。

（五）串行数据接口

串行数据通过SDIN输入，PWM输出由SDIN推导得出。TAS5717/9的DAP接受16位、20位或24位左对齐、右对齐或I2S串行数据格式。

（六）PWM部分

TAS5717/9的DAP设备使用噪声整形和复杂的非线性校正算法，实现了高功率效率和高性能的数字音频再现。PWM部分接受来自DAP的24位PCM数据，并输出两个BTL PWM音频输出通道。此外，PWM部分还具有独立通道的直流阻塞滤波器和去加重滤波器，以及可调的最大调制限制。

（七）I2C串行控制接口

TAS5717/9的DAP具有双向I²C接口，兼容Inter IC（IC）总线协议，支持100kHz和400kHz的数据传输速率，用于单字节和多字节的读写操作。控制接口用于对设备的寄存器进行编程和读取设备状态。

（八）动态范围控制（DRC）

DRC方案具有单个阈值、偏移和斜率（均可编程），分别为高频段左右声道和低频段左右声道提供一个联动的DRC。DRC能够自动调整音量，使音量水平更加平稳，同时避免音频削波。

（九）PWM电平表

PWM电平表可以用于研究功率分布，通过读取左右声道的PWM电平表寄存器（ADDR=0x6B和ADDR=0x6C），可以获取音频的功率信息。

四、寄存器配置

TAS5717/9的寄存器配置非常丰富，涵盖了时钟控制、设备ID、错误状态、系统控制、音量调节、调制限制等多个方面。通过对这些寄存器的配置，可以实现对设备的精确控制和优化。例如，时钟控制寄存器（0x00）可以自动检测和反映采样率和MCLK频率；音量寄存器（0x07 - 0x09）可以实现对主音量和各通道音量的独立控制。

五、应用设计

（一）耳机放大器应用

TAS5717/9的立体声输出可以用作线路驱动器或耳机驱动器，输出2-Vrms立体声。在使用耳机放大器时，有两种应用场景：

• 模拟输入：将模拟输入（单端）连接到HPL_IN（引脚1）和HPR_IN（引脚4），输出连接到HPL_OUT（引脚2）和HPR_OUT（引脚3）。可以使用HP_SD引脚来打开/关闭耳机放大器/线路驱动器。
• I2S输入：将HP_PWML和HP_PWMR信号输入到低通滤波器（LPF），LPF的输出连接到模拟输入（HPL_IN和HPR_IN）。同时，需要对寄存器0x05进行相应的设置，以启用耳机输出并关闭扬声器输出。

（二）组件选择

• 电荷泵：电荷泵飞跨电容用于在产生负电源电压时传输电荷，PVSS电容必须至少等于电荷泵电容，以实现最大电荷传输。建议选择低ESR电容，典型值为1µF。
• 去耦电容：为了确保低噪声和低总谐波失真（THD），需要在设备的PVDD引脚附近放置一个1µF的低等效串联电阻（ESR）陶瓷电容。
• 增益设置电阻：增益设置电阻Rin和Rfb的选择需要考虑噪声、稳定性和输入电容大小。推荐的电阻值可以参考文档中的表格。
• 输入阻塞电容：需要在音频信号输入引脚串联DC输入阻塞电容，以阻塞音频源的DC部分，确保TAS5717/9输入的正确偏置。

（三）无爆音上电

为了实现无爆音上电，需要在电源斜坡上升和下降期间将HP_SD引脚保持低电平。在输入交流耦合电容完全充电之前，不要将HP_SD引脚拉高，以确保交流耦合电容的正确预充电，实现无爆音上电。

六、总结

TAS5717和TAS5719数字音频功率放大器以其高效的性能、丰富的功能和灵活的配置，为电子工程师们提供了优秀的音频解决方案。在实际应用中，工程师们可以根据具体需求，合理选择组件、配置寄存器，充分发挥这两款放大器的优势，实现高性能的音频系统设计。同时，要注意设备的保护和上电顺序，确保系统的可靠性和稳定性。希望本文能够为电子工程师们在使用TAS5717和TAS5719时提供有价值的参考。你在使用这两款放大器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。