TPA31xxD2引腳圖：
TPA3116D2 具有AM 干擾抑制功能的15W、30W、50W
無濾波器D類立體聲放大器系列
特性
支持多種輸出配置
21V 電壓、4Ω 橋接負(fù)載 (BTL) 負(fù)載條件下的功率為 2 × 50W (TPA3116D2)
24V 電壓、8Ω BTL 負(fù)載條件下的功率為 2 × 30W (TPA3118D2)
15V 電壓、8Ω BTL 負(fù)載條件下的功率為 2 × 15W (TPA3130D2)
寬電壓范圍：4.5V 至 26V高效 D 類運行
兼具 > 90% 的功率效率與低空閑損耗特性，大幅減小了散熱器尺寸
高級調(diào)制系統(tǒng)配置，多重開關(guān)頻率，AM 干擾防止，主從模式同步
高達(dá) 1.2MHz 的切換頻率
采用具有高 PSRR 的反饋功率級架構(gòu)，降低了 PSU 需求
可編程功率限制，差分和單端輸入
立體聲模式和單聲道模式（采用單濾波器單聲道配置）
由單電源供電運行，減少了元件數(shù)量
集成了具有錯誤報告功能的自保護(hù)電路，其中包括過壓、欠壓、過熱、直流檢測和短路等保護(hù)，耐熱增強(qiáng)型封裝
DAD（32 位引腳散熱薄型小外形尺寸 (HTSSOP) 封裝，焊盤朝上）
DAP（32 位 HTSSOP 封裝，焊盤朝下）
-40°C 至 85°C 環(huán)境溫度范圍
應(yīng)用
小型-微型組件、揚聲器、擴(kuò)展塢底座
汽車售后
陰極射線管 (CRT) TV
消費類音頻應(yīng)用
說明
TPA31xxD2 系列器件是用于驅(qū)動揚聲器的高效立體聲數(shù)字放大器功率級，單聲道模式下的驅(qū)動功率高達(dá) 100W/2Ω。 TPA3130D2 的效率非常高，無需外部散熱器即可在單層 PCB 板上提供 2 × 15W 的功率。 TPA3118D2 甚至可以在不使用外部散熱器的情況下在雙層 PCB 上提供 2 × 30W/8Ω 的功率。 如果需要更高的功率，可以選用 TPA3116D2，這款器件在其頂層 PowerPAD 上連接一個小型散熱器后可提供 2 × 50W/4Ω 的功率。 所有這三款器件均使用同一種封裝，這樣一來，使用同一個 PCB 板即可滿足不同功率級的需求。
TPA31xxD2 高級振蕩器/PLL 電路采用多開關(guān)頻率選項來抑制 AM 干擾；搭配使用主從模式選項時，還可使多個器件實現(xiàn)同步。
TPA31xxD2 器件針對短路、過熱、過壓、欠壓和直流等故障提供了全面保護(hù)。 在過載情況下，器件會將故障情況報告給處理器，從而避免自身遭到損壞。
TPA311x 系列模擬輸入音頻功放是德州儀器半導(dǎo)體公司（Texas Instruments）推出的中小功率的 Class D 音頻功放產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有 SpeakerGuard™保護(hù)功能及優(yōu)秀的 EMI 性能。非常適合在在平板電視、iPhone Docking 等產(chǎn)品中使用。本文結(jié)合實際應(yīng)用分析了常見 POP 聲的原理及解決方案。
啟動和關(guān)閉時序
為了優(yōu)化開關(guān)機(jī)的 POP 聲和避免 DC Detect 功能的誤觸發(fā)，在系統(tǒng)設(shè)計時需要注意主芯片和TPA311x 器件的啟動時序。啟動時序分為電源時序和使能時序兩種，電源時序是指系統(tǒng)中各種芯片電源供電或斷電的時序。而使能時序可理解為系統(tǒng)供電穩(wěn)定后由系統(tǒng)主控決定的器件功能使能的先后次序。
對于電源時序來說，由于多數(shù)主芯片的音頻輸出在上電和斷電過程中不太穩(wěn)定，理想的上電次序是系統(tǒng)主芯片先于 TPA311x 上電。然后 TPA311x 的 PVCC 再供電。斷電的理想時序正好相反，為 TPA311x 的電源先切斷，然后再切斷主控芯片的供電。
但是通常 TPA311x 的 PVCC 取自于系統(tǒng)的主電源，該電源一般在開機(jī)后最先輸出。隨后再通過DC/DC 或 LDO 降壓給主芯片供電。所以 TPA311x 一般在主芯片穩(wěn)定前已經(jīng)供電并啟動。這種設(shè)計中，上電時必須保證 TPA311x 的/SD 腳處于拉低狀態(tài)，避免主芯片上電過程中的 POP 聲輸出。掉電時，也需要將 TPA311x 置于 standby 狀態(tài)，避免主芯片掉電時的 POP 聲輸出。通常上電過程的 POP 聲較容易解決，但系統(tǒng)掉電時需要使用掉電檢測電路（詳見 2.6.2 節(jié)）來強(qiáng)制將TPA311x 的/SD 快速拉低來解決掉電 POP 聲的問題。
使能時序：由于主芯片音頻模擬輸出的偏置電壓一般在輸出使能后建立，此時需要保持 TPA311x的/SD 拉低，等待主芯片模擬輸出的偏置電壓穩(wěn)定后才可以將/SD 置高開啟功放。相反，需要關(guān)閉主芯片音頻模擬輸出功能時，需要先拉低/SD 將功放關(guān)閉后，再關(guān)閉主芯片的模擬輸出信號。這樣的時序是為了保證主芯片模擬輸出的偏置電壓掉電時不會引起 POP 聲。
2.2 輸入級模型
TPA311x 是單電源供電的模擬輸入 Class D 功放，這類功放的模擬輸入必須工作在直流偏置（DC BIAS）點上才可以正常傳輸交流音頻信號，簡化的輸入級模型如圖 2 所示。TPA311x 的直流偏置電壓設(shè)定在 3V。
功放在啟動時，偏置電壓會從 0V 上升到額定的偏置電壓，該過程的時間長短取決于內(nèi)部偏置電壓源對外部阻抗網(wǎng)絡(luò)的充電速度。
TPA311x 差分輸入 INN 和 INP 的輸入偏置電壓建立的過程如圖 3 所示，若差分輸入 N 和 P 端的輸入偏置電壓建立速度不一樣（如圖 2A 所示）則兩者之差會形成差分信號輸入功放并被放大輸出，形成啟動時的 POP 聲。差分輸入端偏置電壓建立過程的不平衡通常是因為輸入級 INN 和 INP外部的阻抗不匹配所致。這種情況最容易出現(xiàn)在差分輸入用作單端輸入狀態(tài)。
2.3 TPA311x 的單端輸入方式
TPA311x 器件的模擬輸入是標(biāo)準(zhǔn)的差分輸入接口。在系統(tǒng)設(shè)計中，推薦使用差分輸入方式來接駁主芯片的音頻輸出。使用差分輸入方式可以不僅 POP 聲的控制相對簡單、信號抗干擾能力強(qiáng)，而且不會引起 DC Detection 功能的誤動作。差分輸入方式和單端輸入方式的對比如下表所示：
不過在實際應(yīng)用中，由于多數(shù)主芯片的音頻模擬輸出是單端模式， TPA311x 的差分輸入必須配置為單端接法才能使用。如圖 4 所示，單端輸入時，主芯片輸出通過耦合電容連接功放 INP 腳。INN 輸入通過電容耦合到地即可。
使用單端輸入模式時需注意以下幾點：1. 單端輸入模式應(yīng)用時需要更加注意音頻信號的走線和地平面的分布，因為單端輸入模式?jīng)]有能力抑制系統(tǒng)中的公模干擾信號。2. 相比差分信號輸入模式下，單端輸入，需要輸入兩倍的輸入信號電平來達(dá)到相同的輸出功率。3. 單端輸入模式必須注意 P/N 腳電路網(wǎng)絡(luò)的阻抗匹配，盡量不要在輸入級使用復(fù)雜的濾波網(wǎng)絡(luò)。不合適的阻抗網(wǎng)絡(luò)不僅會引起開關(guān)機(jī)的 POP 聲，也有可能引起 DC Detection 功能的誤觸發(fā)，導(dǎo)致功放鎖死。若必須在輸入級進(jìn)行濾波或增益設(shè)置，請參考 2.5 節(jié)使用運放來進(jìn)行濾波及增益的調(diào)節(jié)。2.4 輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)的匹配若使用單端輸入的方式連接 TPA311x，則必須注意輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)的匹配問題。如圖 5 所示，功放的 INN 輸入端外部阻抗為 Zn，通常 Zn 為耦合電容。主芯片輸出阻抗一般很小，可認(rèn)為輸出阻抗為零，則 INP 輸入端外部阻抗約為 Zp。功放啟動時內(nèi)部的偏置電壓會逐步建立，其過程即為向Zn 和 Zp 阻抗網(wǎng)絡(luò)充電的過程。若 Zn 和 Zp 阻抗相差太大，INN 和 INP 之間就會形成較大的差分信號，該差分信號被功放放大之后則形成 POP 聲。TPA311x 功放設(shè)計的啟動時間為 14mS，該時間是從/SD 被拉高到功放輸出聲音的時間。若上述啟動時對輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)的充電穩(wěn)定時間少于 14mS，則因阻抗不匹配引起的差分輸入也不會被放大而帶來 POP 聲的問題。減小 Zn 和 Zp 中的電容參數(shù)可以縮短輸入級穩(wěn)定時間，但減小電容會使得低頻增益降低，用戶需酌情考慮。
2.5 使用運放建立隔離系統(tǒng)
在某些系統(tǒng)中，主芯片的音頻信號輸出不僅需要連接到功放輸入，還要輸出到 Line Out（線路輸出），或者其他的芯片進(jìn)行處理。該種情況下輸入級的網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜，單端輸入模式的阻抗匹配不容易實現(xiàn)。為了解決這個問題，可以使用運放接成一個簡單的跟隨器來建立一個隔離的阻抗輸入系統(tǒng)。跟隨器的輸入阻抗很高，對源信號沒有影響。其輸出阻抗非常低，可良好匹配 TPA311x的輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)。
圖 6 給出了使用跟隨器來建立一個隔離的輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)的電路。需要時，還可將運放用來調(diào)節(jié)信號增益及濾波。
2.6 TPA311X Pop 聲分析及解決方案2.6.1 POP 的原因及調(diào)試方法TPA311x 的 Pop 聲有兩種可能的原因：輸入阻抗不匹配及不合理的系統(tǒng)時序輸入阻抗不匹配：輸入阻抗不匹配會引起器件啟動和關(guān)閉時差分輸入端產(chǎn)生電壓差，這種 POP 聲是在/SD 電壓變化時產(chǎn)生的，發(fā)生在 TPA311x 輸入端的 Bias（偏置電壓）的建立過程中。遵從 2.2 節(jié)匹配輸入級阻抗網(wǎng)絡(luò)的方法即可解決該種 POP 聲。不合理的系統(tǒng)時序ZHCA4228 TPA311x 音頻功放 POP 噪聲分析及控制如 2.1 節(jié)所述，主芯片啟動或關(guān)閉時，模擬輸出的偏置電壓也需要一個建立的過程，而且主芯片上電過程中也有可能輸出不可控的 POP 聲。所以在上電過程中，必須保證功放處于 Standby 狀態(tài)下。避免將前級芯片產(chǎn)生的 POP 聲放大輸出到喇叭。POP 聲的最終表現(xiàn)一樣，但根本原因可能有不同，以下是推薦的查找 POP 聲原因的調(diào)試方法：1. 隔離功放輸入和主芯片輸出；出現(xiàn) POP 聲后，首先要將主芯片的輸出斷開，并將功放輸入電路部分通過電容交流短路到地。此時可以控制/SD 腳電平模擬開關(guān)機(jī)過程。若 POP 聲仍然存在，則說明功放啟動時 P/N 腳對外部網(wǎng)絡(luò)的充電速度不一致，導(dǎo)致差分輸入存在壓差所致。若 POP 消失，則可進(jìn)行下一步驗證。2. 確認(rèn)功放無輸入情況下開關(guān)無 POP 聲之后，可使用外部電源給主芯片供電。保持主芯片電源不切斷是為了排除主芯片輸出在掉電時產(chǎn)生 POP 聲的影響。此時進(jìn)行整個系統(tǒng)正常的開關(guān)機(jī)驗證 POP 聲。若 POP 聲消除，則可判斷主芯片掉電時序和功放的掉電時序不匹配，導(dǎo)致主芯片掉電時產(chǎn)生的 POP 聲被功放放大輸出。部分系統(tǒng)中電源并未完全關(guān)閉，系統(tǒng)有待機(jī)模式時可用待機(jī)芯片的 I/O 口進(jìn)行時序的控制，若系統(tǒng)的開關(guān)機(jī)是電源硬關(guān)斷模式則需要進(jìn)行系統(tǒng)電源時序的優(yōu)化。部分情況下，需要添加上電/掉電檢測電路（詳見 2.6.2 節(jié)）來控制 POP聲。2.6.2 掉電檢測電路在使用硬件開關(guān)直接關(guān)閉主電源的系統(tǒng)中，掉電時的 POP 聲控制較為困難。因為該類系統(tǒng)無法提前預(yù)知系統(tǒng)掉電，無法在掉電之前使用控制器 I/O 口靜音或關(guān)閉功放。這時就必須使用如圖 7 所示的掉電檢測電路來解決該問題。該電路可在系統(tǒng)電壓跌落初期提供控制信號，使用該控制信號拉低/SD 腳即可在掉電初期快速關(guān)閉功放。掉電檢測電路在正常供電時 PVCC 會通過二極管 D1 和電阻 R1 向 C1 大電容充電。掉電初期，Q1 的基極電壓將隨著 PVCC 的跌落降低，直到跌落到 Q1 三極管打開后，C1 的電壓將通過 Q1送給 Q2 的基極，Q2 導(dǎo)通，/SD 被拉低。
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TPA311x功放噪音控制.pdf
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