电动汽车模拟引擎声音系统设计3
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刚才我们讲了一下 AVAS 系统它的一个主要的框图 那下面我们会重点讲一下 TI的D类功率放大器 如何在这样一个 AVAS 系统当中得以应用 那针对这个部分 我会分四个小点来跟大家进行讲解 首先就是讲一下 TI 能用在 AVAS 系统当中 主推的一些芯片是什么 那会给一个总览 就是看一下我们有哪些芯片 以及会给一下这些芯片的 one sheet 看一下我们这些芯片都有哪些特性 那紧接着我们会提炼出来 三个技术上的点来去分析一下 为什么我们的芯片这样去设计 提供了这样一些参数 能够在汽车的 AVAS 系统当中 帮助客户简化设计 帮助客户能提供更稳定的一个设计 首先是我们 TI 的 D 类功率放大器的 一个 Portfolio 给大家讲一下了 那其实 TI 的功率放大器非常多 这地方列的也并没有所有的都列出来 这地方我挑出来的 只是说我们在结合 spec 和结合实际的应用需求来讲 这几颗是比较合适的 那哪些 spec 比如就我刚才提到的 一般我们是 2 channel 或者是 1 channel居多 那我们有 4 channel 的功率放大器 那其实在这个地方用的话 就会有点大材小用 那比如说我现在的喇叭 一般是20瓦以下的 那 TI 其实还有蛮多的 50瓦60瓦70瓦向上的功率放大器 在这个地方也不是很合适 那所以呢我们这地方列出来了几颗芯片 也是在客户当中比较 比较得到客户认可的一些芯片 大体分为两类 一类是模拟输入的 class D 另一类就是数字输入的 class D 模拟输入的现在 我们有两款产品是比较合适 一个是 TAS5411 一个是 TAS5421 主要的差别就是说一个芯片是 8 瓦的 一个芯片是 22 瓦的 那具体取决于客户 要设计达到 spec 什么样子 我们会有不同的选择 对于数字输入的 class D 从我们刚才讲的框图的角度来看的话 大家应该可以明白 就是我可以少一颗 DAC 我这样板子可以 用更小的面积来进行设计 那直接 DSP 或 MCU 出来 I2S 信号 送到我的数字输入 class D 上 然后 class D 内部就 自己直接转换成功率驱动信号 去驱动外部的 speaker 那我们现在一颗 比较高性能芯片就是 TAS6422 后面我也会有比较多的 slice 去讲解这个芯片 它为什么会有算作是高性能 它的高性能高在哪些地方 同时我们还有两颗产品 TAS5760 和 5720A 这两款产品 目前已经快接近量产 在 TI 的网站上大家也可以搜索到 那这两颗产品它的优势是什么呢 就是两个芯片基本是接近于 P2P 的 所以有 1 channel 或者 2 channel 的设计需求的话 那其实有的时候可以做成一块板子 这两个芯片就已经是非常接近的 它的功率的话一个是小一点 15W 一个是 1 channel 的 15 瓦 一个是 2 channel 的 20 瓦 所以这种情况下 对客户有两个 channel 进行 P2P 设计要求的 会是一个可以选择的项了 这就是我刚才提到就是 one sheet 每个芯片的话它会有 有这样一些关键特性和它的应用 它的一些优势 给客户带来哪些便捷性的东西 在这地方会总的把它给展示出来 比如说我们模拟输入的 classD 5421 跟 5411 下一页就是 5411 了 那这两个其实也是属于 P2P 的 就是瓦数不一样 那它的优点是 classD 效率会比较高一些 一般在这种低在这种满载的时候 能达到 90% 以上的效率 同时它的一个静态电流也会比较小 它的输出的功率呢 可以在驱动四欧姆的喇叭的时候 可以有 22 瓦输出 那同时它还会具有一定的诊断的功能 因为它留出来了 I2C 的接口 那这个芯片呢 对去外面负载的一些短路开路 或者是有 DC 错误 这样一些故障的状态 都可以诊断的出来 那并且用 I2C 可以 跟 MCU 进行通信汇报给 MCU 负载诊断这地方我在后面会详细讲一下 结合一个芯片详细讲一下 我们芯片是怎么去做的 一般是又是怎么去汇报出来的 那再下一个特性就是 能支持 40V 的 load dump load dump 这个地方 我也会在后面重点列出来 就是在车厂为什么要有一个 load dump 包括一些过热的一个保护 还有它的工作电压 就是能到4.5伏到18伏 那如果说做过车载的 车载相关产品设计的这个观众的话 一般应该会也会比较清楚 车载它的电压的一个波动的范围 那是 9到16V比较常见 那有的时候可能会再往下 那我后面会有一个图的话 给出更详细的解释 也便于一些没做过车载的同事 或者是观众来了解一下 我们这样一些产品 我们在车载系统进行设计的时候 比较关注的东西 包括还有下面的一些差分的输入 能得到更高的信噪比 还有包括 EMC 的性能 包括 AEC-Q100 的认证 这些都是我们主要的卖点 那它的应用场合呢就是各种各样 ECHO TBOX 等 那这里还包括 当然也包括我们这里 在讲的 AVAS 的系统 那车辆的模拟引擎声音告警系统 那比较贴合他的 spec 需求 这里这一页呢就是 5411 它的一个 one sheet 那我刚才也提到了 这一个跟 5421 的话基本是 P2P 的 它呢是有本身的 22 瓦 spec 是压缩到了 8 瓦 这样的话可以满足客户 对不同的设备不同的性能的一个要求 你可以做一块 PCB 然后你根据不同的应用需求 你分别贴不同的芯片 那这样的话从客户的角度 是节省开发时间 也是节省开发的成本的 这一页呢是 TAS6422 这是我刚才提到了 这是一个属于比较高性能的一个芯片 它的最大的输出瓦数可能是到75瓦 它是要用25伏去供电的时候 那其实如果在车载直接接电池的话 肯定是不会有25伏 所以它会如果要 用在大功率的应用场合下的话 它一般是用一个boost 那在 AVAS 系统当中 其实是不需要用这么大的功率 那就直接车载的电池的电 就给他去供电就好了 如果是 4 欧的喇叭就是2×27瓦 两欧姆的喇叭就是45瓦 那这个呢其实也是取决于客户的需求 它的功率数 它的喇叭的欧姆数分别是多少 那其实这个芯片呢 会给客户有足够的buffer来进行设计 那同时呢它还会有一个 比较高的开关频率 我在后面也会提到 我们的三个主要的特性 他的工作的电压 大家也可以看得到 本身是前一颗芯片会到 18 这一颗芯片我们的正常 工作电压会能够到26伏 这个芯片也能支持 40 伏的 load dump 包括诊断的功能 包括 I2C 的负载诊断 那它的诊断呢 其实比本身的5411 5421又会更强一些 它除了支持我的short或者open 一些DC状态下的负载的一些特性的诊断 都还能支持它的AC 就是我的负载的喇叭 它到底是几欧姆 那这个部分后面我也会提到 先给大家提前做一下介绍 这一颗芯片5760跟后面的5720 就是我们现在下面 即将要推出来的两款产品 在 TI 的网站上 大家也可以看得到一些初步的资料 那这两颗的话也是 能够适应一个新的应用需求 这颗芯片的话 因为我们刚才提到了 就是说能够支持 load dump load dump 的波形 我在后面会去跟大家去分享一下 load dump 的话 他为什么有这样一个 load dump 是因为在 12 伏的系统当中 它因为 starter 是包括电动机之类的 一些比较大功率的负载会挂在上面 那其实以后如果是做这种 纯电动的汽车或者是48伏的系统 那种 starter 有的时候不会挂在 挂在这个十二伏的电池侧 他会可能是挂在48伏侧 或者是挂到高压那边直接就去做驱动 相对来讲会它的12伏的电源会稳一些 所以不会有那么强的一个 那么大的一个范围的波动 那其实这种情况下的话 就26.4伏也是能够正常进行工作的 那这个芯片相当于推出来的话 就是做一个642相对来讲会高性能一点 那这颗芯片的话相对来讲 它会做一个低性能一点的 cost down 的一些设计 这个是 5720 就是小功率一点的 那回到这一页 就是我刚才也提前跟大家说了一下 就是说车载系统来讲的话 它的设计在输入电源来讲 是相对来讲要比较复杂一点的 跟我们正常在实验室里拿到的一些 DC source 还是不太一样 你 DC source 设个 12V 那就是个 12V 那 24V 就是 24V 但是在这种车载当中 因为我的负载挂的东西比较多 整个传统的燃油车上 或者说是这种插电强混的车上 因为它有电机 它会有一些12伏的东西在里边 12伏的电机 大功率的东西会挂在上面 所以传统的这种 车载应用在进行设计的时候 他会考虑它的输入的 电源的波动范围是比较大的 正常工作电压比如说在14伏 那在打火的时候 在就是说我瞬间打火起来的时候 它的电池电压 因为他要用电池来带动我的 starter 进行工作 它会瞬间抽取 甚至是好几百个安培的一个电流 它会把电池电压迅速拉得非常低 那根据最新的16750的spec 它其实在 start up 的时候 都甚至有可能会低到三伏 在这种极端的情况下 那如果说做国内的一些车厂的项目的话 大家可能也会拿到 各个车厂不同的 spec 那不同的车型甚至会有不一样的需求 那他比较常见的就是在这种低压的时候 有可能就会低到 4.5 伏到 6 伏 如果说假设车场给的 spec 是 4.5 伏这样一个系统的话 那就是要求我这个在低压的时候 你 4.5 伏这个系统也还是要能够工作 那这是往低压里去讲 讲低压的就是他最低可能会低到4.5 如果是从高压这个角度的话 如果我发生 load dump 的情况 就是你本身电池是挂在我这个跟电机 还有这些所有的设备 都挂在这个12伏的系统当中 如果你突然一个大功率的负载 从我这个电池上就脱落了 那这种情况下 我一下子一个大的负载没了 那它大家可以想象的到 就是说它的电压 可能会瞬间会冲上去比较高 那这种情况下 他如果说不加任何的这种 不加任何的限制的话 它的最高的电压 甚至可以到一两百伏甚至更高 但是对车载的应用来讲的话 它更多的其实会有这样一个限制条件 把这个电压能够压下来 并不会让它电压冲那么高 那按照这个16750 spec 它其实对这种12伏的系统的话 它能够把这个电池电压 钳位在三十五伏以下 所以对我们在设计这个 AVAS 系统的时候 它这个真实的这个系统能看到的电压的话 也就差不多是35伏 所以我们如果说结合低压结合高压 它最低到 4.5V 最高的 35 伏 那我们这样一颗芯片 在挂到这样一个电池负载上的时候 他就要求这个芯片 它能够要有一个更高的一个工作范围 像 6422 呢这颗芯片的话 它就是满有这样一个特性 它有最低能到 4.5 最高能到 26.4 伏 那就是这种正常的工作状态下 都不会有任何问题 那他同时还能够支持 40V 的 load dump 所以就是真有发现 有这种 load dump 的情况发生 按这种 spec 来讲的话 你能会到 45 伏 那这个芯片其实也是 能够耐受得住这样一个高压的 并不会说就会损坏 这样的话对客户来进行设计的时候 就会简化客户的设计 否则的话客户可能要在 比如说挑那一颗耐压 会低一点的十几伏的芯片 或者二十几伏的芯片 等发现 load dump 的时候 那大家可能会想象得到 就是要在前面去加这样一个tvs来进行限压 或者就是说我先把电压转一下 经过一个DCDC稳定了 转成一个稳定的电压 再给这个功放来进行进行供电 那由前面的DCDC来承担这样一个高压 那还有第四点就是我刚才说到的 就是对一些纯电动汽车 或者是48伏的系统来讲 这种 starter 有的时候 就不一定挂在这个 12 伏侧 所以相对来讲 以后 十二伏的电池 它的波形会更干净一些 那有的就可能就不需要 这么高的一个输入电压的范围 那我们的5760和5720这两个芯片的话 相对来讲也就是可以拿出来 来做一个参考 可以进行选型的一个选项 关于这种更宽的输入电压 我相信可能也有部分观众 和网友是比较感兴趣了 我刚才提到了包括16750这样一些spec 那其实包括还有7637这样一个spec 那在TI的话也有一些 在线的培训视频 或者是 TI design 来进行更详细的讲解 我在这个视频当中就不展开去谈太多 我是提供了链接给到大家 如果说大家对这两个点 对这个点刚好也比较感兴趣的话 可以去搜一下我们的 TI design TIDA00699 或者是一个在线培训的视频 7637 的standard 和 solution 相关的一个培训视频 可以去看一下 会有更详细的讲解 他的这些是怎么去测的 所以 OK 到下一页 我们刚才提到的 第二个技术上的点 就是我的负载诊断的一些功能 负载诊断根据车厂的要求 其实从 TI 这个角度大体也会分成两类了 一个是 DC 的负载诊断 一个是 AC 的负载诊断 DC 的话就是比如是不是发生了 这种就是一直真实存在的一种 一直持续存在的 跟频率没有太大关系 就是短路到电池或地 或者是这个负载就脱落了 这个speaker在这种颠簸的状况下 跟你的power就已经完全脱落了 或者说我这个speaker 他如果是这种两根线接过去的 差分信号接过去的 那这两根线之间是不是有短路了 那这个speaker就看不到电压 得不到驱动的功率了 那这种是几大类 还有一种是就是AC的负载诊断 AC的就是我的阻抗是多少 对一些传统的这种 implement 或者是外部功放这样一些应用来讲 他们是要做一些具体的 阻抗的一个诊断 它会有一个 DC 负载 会有一个低频的这种 woofer 和一个高频的喇叭 两个并联起来去进行使用 那他会对阻抗有一些 比较严格的要求 在车厂车间进行组装和测试的时候 它也会要看一下 我装上去这个喇叭是不是对的 我这样就可以去测这个 喇叭的值是对的的话 那说明我这个组装也就是没有问题的 也是从产线这个角度的话 帮助车厂的一些测试进行简化 关于负载诊断 其实我们也是有这样 一些分立的方案去做的 那当然我待会讲的这个是 是六四系列的或者是五四系列的 我们会把这种诊断集成到芯片里边去 如果说对一些传统的功放 老一点的功放 是没有这样一个诊断的功能 其实 TI 也有一些应用笔记来讲一讲 对这种外部功放的话如何进行诊断 我这地方也贴出来这个应用笔记的名字 以及它相应的链接 如果客户比较感兴趣 不希望用这种集成的方案 想用低成本一些分立的方案来做的话 也可以参考这样的应用笔记 感兴趣的网友或者是观众 对这种更详细的负载诊断 从原理上怎么去实现的 也可以去搜索一下 这篇 application note 学习一下 那下面我会讲一下 对于我们芯片集成的芯片来讲 内部电路上是怎么来实现的 对 6422 这颗芯片来讲的话 其实 output N 跟 output P 这两个脚的话 就是直接的一个功率输出脚 那我们其实会有类似于 DCDC 一样的上管和下管了 上管和下管然后再加上一个电感 再加电容那就跟一个 DCDC 是比较接近的 它有两路 一个output P 一个 output N 这两个的话产生一个 反向的一个信号的话 其实是用来就刚好做这种 speaker 的驱动 从这个 speaker 这个角度 他能看到的一个正弦波 但DCDC相当于就是稳压了 所以 class D 从本身上 从客户角度来讲的话 跟 DCDC 是比较接近的 但是在这张图上 就没有把 DCDC 那个上下管给画进去 这地方更多的是想跟观众分享一下 我们从芯片的角度 来怎么来做这样一个诊断 芯片如果想实现这样一个诊断的话 他内部要除了最基本的驱动电路 还要辅助的一些电路 那从这个这张图我们可以看得出来 就是我们其实在芯片内部 会有比较多的一个模拟开关 也会有一定得信号源 也会有一定 有 ADC 那其实就是相当于 从把外部的一些东西 全部集成到芯片内部来做 那如果要做这种short to power 或者是 short to ground 的 一个诊断的话 其实我们在芯片内部会有一定的时序 你点了这样一个测试的命令之后 这个芯片呢它会把 S1 S2 这两个开关把它给闭合 S3 把它给断开 那这种情况下呢 我芯片内部会产生一个 二分之一 VDD 的一个电压 通过一个 buffer 送出去 那假设外部的话没有发生电源短路 或者是接地短路这样一个错误 那其实这是一种正常的状态 那外部其实理论上看到的 这个引脚上就应该是 二分之一 VDD 这样一个电压 那这再用两根线把它再给引回来 那经过一个 buffer 再重新送到 ADC 这边把它采样 那这个 ADC 采样采这个电压之后 看一下我进行计算之后的值 看一下这两个引脚上它的电压 是不是 二分之一 VDD 或者是不是在二分之一 VDD 上下一定的范围之内 如果是的话 那说明我这个芯片 应该是一种正常的状态 并没有发生电源短路或接地短路 如果你发生接地短路 那这个地方是一个强下拉的源拉到地 那这个引角上肯定是一个零电平 如果短路到电源那就是9到16伏 这样一个电压范围 那这种情况下 ADC采样回来的话 就是超过了芯片内部本身的限制的话 那它就会报这样一个错误出来 那刚才的一个动作呢 是电源短路和接地短路进行区分 还有一种负载 还有一类负载诊断的类型是 open load 或者 short load 就是我的 speaker 因为长期的颠簸会不会有可能有脱落 或者是我的两根线是不是有磨损了 然后碰到了一起去了 那这样的话芯片肯定是都是没有 这个 speaker 肯定都是没有声音的 所以这种情况下的话 我们芯片再怎么对他进行诊断的 就是我会把刚才的S1开关把它给断开 那我去用 S3 开关把它给闭合 S2 也是闭合的 那这种情况下的话 我会从DAC去送这样一个信号过去 然后呢去诊断一下 我这样一个 还是去通过 从 DAC 先给信号出去 然后还是用ADC来进行采样 采这样一个电压 如果说是 open load 的话 我给了一个DAC的 大家要注意一下 这地方我们给出去的 其实是一个电流的信号 而不是一个电压的信号 如果给出去一个电流的信号 然后外面又是 open load 相当于就是一个完全的空负载的状态下 相当于是一个阻抗无穷大 那这种情况下采集到的电压呢 是相当于就是 能够达到我芯片的一个最大值了 它就会顶到 我这个芯片的供电的上限 那可能就是3.3伏 或者是如果是 short load 外面就是相当于就是零电平 你给一个电流信号 然后流入到一个零欧姆的电阻上 那相当于就是也是没有压差的 那这种情况下 ADC 再对这P和N两个引脚 差的电压进行采样进行计算的时候 我就可以看到 如果说我一个正常的负载 两欧姆四欧姆八欧姆的负载接在上面 那我给他送入一个20毫安的电流信号 我能采得到一个正常的一个电压值 那如果我是 open load 阻抗无穷大或者是short load 阻抗只有零那这种情况下 我一个电流源信号给出去的话 它在这两个引脚之间 产生的电压就是不对的 所以呢它就是根据这样一个机制 来再来判断一下open load 和short load的状态 那从这张波形 是一个完整的一个正常的 DC 负载诊断的一个波形 有假设我们这个芯片 我们有同系列的芯片是 四个通道的 6424 那这张波形呢放的是 那这张波形呢放的是 6424 四个通道来进行诊断的 如果是 6422 就是两个波形 两个通道我在进行诊断 那 6424 的话 它相当于我们可以看到 前面会有四个小的尖脉冲 那就是做 short power 和 short battery 的一个诊断 那后面四个大的脉冲 那就是做 open load 和 short load 的诊断 如果诊断没有错误的话 那到最后几个通道就会同时会打开 在 PWM 上就是在我的引脚上 会产生非常多的PWM信号 再经过 LC filter 对它进行滤波 就得到我正常的一个音频的信号 如果说有错误的话 就是我们会有这样一个寄存器 就是芯片自己去做诊断 你给他一个命令 他自己去做诊断 如果说发现了有错误的话 那么我们会有这样一个寄存器会报出来 所以客户如果在用 这样一款芯片在进行设计的时候 那流程就是我发命令 写软件代码的流程 我发命令出去 然后等待一段时间 等它正常的一个负载诊断的时间结束之后 我就要去读这样一个寄存器 如果说所有的都是零 没有任何的错误的话 那就是一种正常的工作状态 可以产生相应的一些信号 如果说发生了那某个通道有错误的话 那这种情况就是要把这个错误 给汇报给驾驶员汇报给车辆系统 我们刚才提到的就是 open load short load short battery short power 是四大类型的负载错误 那是 DC 相关的 还有一种就是 AC 的诊断 就是我刚才提到的 我们要测一下他的真实的阻抗是多少 就是如果要测它的阻抗 AC 的它更多的是要跟频率相关的 所以我们在做 AC 负载诊断的时候 你要去测这个频 要去测这个阻抗 方法类似于我们刚才说的 DC open load 和 short load 的 一个诊断方式 就是往我这个负载上去注入信号 然后再测量信号 那只是这个地方差别是什么 这个是注入的是一个交流信号 因为AC的东西它是要跟频率相关的 我AC在1K的频率下10K的频率下 20K的频率下 它展现的频率特性是不一样的 它的阻抗值和相位值都是不一样的 所以呢在这个地方 我们是一般测试测它的频率呢 会挑一个不会对人耳产生干扰的 不会对人耳产生一些影响的 因为我刚才也提到人耳 其实正常的能接受的范围 我们通常都认为都是 20k 但其实绝大多数人的话 可能对高频也没有那么敏感 因此我们就是挑了一个频率19K 比较接近20K这样一个范围 比较接近20k这样一个频率来进行测 其实测出这样一个频率的话 就是给它注入一个19K的正弦信号 那我知道我这个注入信号的幅值 那然后我再去测这样一个 电流信号在负载上产生的电压信号 那这个电压信号除以我的电流信号 这应该就是我的阻抗的值 包括阻抗的幅值 还有阻抗的相位值 都可以通过测量然后进行算得出来 那如果我测完了之后 先执行 AC 诊断的命令 测完了之后的话 它的波形大体就是长这个样子 跟我们刚才看 DC 的时候 是不太一样的 在 AC 的时候的话 它其实会有一连串的这种 交流的信号在波形上能够看得到 如果说 AC 信号到最后测完了 我们相应的 也是会有一些寄存器来进行汇报 那这地方会有三个寄存器 就是我们刚才提到了 AC的东西它除了有阻抗 它还会有相位值 阻抗我们用了一个寄存器来表示 相位的话是用两个寄存器来表示 读取这些寄存器的值 再按一定的公式进行计算 就可以推算出我现在的阻抗 和相位值分别是多少 那我们看一下一个实际的例子 可以给大家做一下参考 那在这张图上就是右手边是 woofer 一个是 tweeter woofer 一般都是在低频的时候 阻抗特性比较好 那 tweeter 是在高频特性 那在左边这个图呢 就是他的一个 AP 的 一个真实的测量的信号 绿线呢是我的 woofer 那个红线呢是我的 tweeter 那我两个喇叭有的时候会并到一起 并到一起的情况下 它会产生蓝色的那个那条线 那并联之后它的阻抗会变低 如果说根据我们刚才说的 就是我们在测试的时候 是挑输入信号的频率是19K 那我不同的频率下 那个阻抗是不一样的 根据这个 AP 的测量 这个测量仪器测的话 大家可以看到 假设只有 woofer 的时候 他的测出来的19K那条线 跟我那个阻抗的线的交点 大家可以看到是比较接近20 这个十九点多这样一个欧姆的值 那如果说 tweeter 跟 woofer 并联在一起 蓝色那根线的话大约就是在七点多欧姆 那这一页的话就是我们 642 系列的 642x 系列的 classD 这个高性能的classD 它的一个实际的测量的结果 如果我 woofer 跟 tweeter 并联起来的话 我们根据实际的计算 我加在第四个通道上 我发现量出来的 它的这个阻抗值就是 7.34 欧姆 如果说我只有 woofer 的话 它的阻抗值大约就是在18点多 就是回过头来跟我们刚才 在这条线上看到的就是比较接近的 就是一个只有woofer 是 8.5 woofer + tweeter 的就是 7.3 那其实也可以看得出我们 这个芯片在进行 阻抗测量的时候的一个优势了 介绍完了第二个技术优点 就是我们完成了负载诊断功能 我们再介绍一下 第三个技术优势 就是我们的更高的开关频率 那么在传统的音频设计当中 就是 400k 可以会相对来讲用的多一些 那为什么也是有原因的 就是我下一页刚好会有 就是跟我们那种传统的 AM FM 这个这种收音机也是有一定的关系 就是 AM 的中波段 大约在500多K到1.8兆 那我再去选中开关频率的时候 我的开关频率其实是 如果跟我的这种调频 跟我的调幅的频率比较接近的话 会影响到我这样一个调幅的效果 就会带来一些干扰的 这种频率的东西在时域上是叠加 但是在频域上都可以分解开来 所以你是 400k 跟 500k 的话 如果说频域刚好又叠加到一起 如果说这种开关频率 跟我调幅的频率叠加到一起 这种从频域的角度 也是比较难把它给分解出来 所以一般对这种频率的选择 都是要会错开一点 所以传统的呢 400k 会大一点 但如果说是选 400k 的开关频率 如果为网友或者是观众 做过这些 DCDC 的设计 或者 classD 的设计 应该也都能够了解我的开关频率 如果选的比较低的话 它对相同的纹波 在相同纹波要求的情况下 它对电感和电容的要求就会大一些 它要感值更大 那产生的电流纹波才会越小 它容值越大 产生的电压纹波才会越小 那如果说我用 2.1M 的开关频率来进行做的话 那其实我是开关频率做高了 那每次开的时间会更短 关的时间也会更短 那这种情况下其实 电流的纹波和电压的纹波 都相对来讲会小更多 所以我们从选择电感的角度的话 我可以选一个更小的电感 来实现相同的一个纹波的参数 那我在这边也放了一张图 可以很直观地对比出我们同样的产品 我用 400K 和用 2.1M 开关频率 我选择电感的尺寸的一个差别 肉眼对比还是比较直观的 那选了一个 2.1 如果要选用 2.1M 的话 我得电感可以选择更小的 PCB 的 size 都可以做的更小 所以在下面这张图 我们也是有从系统的角度来进行比对 我看一下就是传统的 400K 的 size 有多大 然后如果说我们选用642系列的 这种 2.1M 的开关频率来做的话 我的整个的系统的面积会缩小 75% 那我们如果说把这个 2 通道的 class D 就是单面摆放 那电感一般是要四个电感 大家可以对这种 classD 的拓扑 如果不太清楚的 也可以去搜索一下看一看 对于这种差分的输出的 class D 要四个电感 如果是并联的一些方式 它可能会要求的电感的数量会更多一些 那如果只是正常情况下 两个通道就是四个电感 把四个电感跟芯片单面摆放的话 其实从图上我们可以看得到 面积会明显小很多 只有 5.4 平方厘米 大约就是 2×2.7 了 那这样的话对我这个整个系统的角度 从整个系统的角度来讲 PCB 的面积会省很多 成本这个各方面都会省很多 那我们这个地方 同时想要强调一下 就是 TI 的 642 系列 这是相当于是业界第一个汽车级的 能够支持 2.1M 开关频率的 class D 那有了这样一个优势的话 我们可以更大程度的 去帮助客户去简化整个系统的设计 让整个系统的 BOM 和 PCB 的 size 都会小很多 我们为什么选 2.1 这也同时也是有另一个原因 刚才说的是 400 那一般四百五百这种类型 都是叫 sub-AM Band 那更准确的叫 AM 的 middle wave 在中波频段 大家就可以去看一下 做 EMC 测试的时候 国际上比较主流的就是 大家follow共识性比较高的 CISPER25 CISPER25 这样一个 spec 里面定义的 对这种频段划分 主要关注哪些测量频段 对 AM 频段的话 分 low wave middle wave 和 short wave 长波段150K到300K 中波段就530K到1.8兆 如果是短波段呢就是5.9到6.2 那如果我们选的是2.1兆的开关频率 那我们从这个频率的角度来看的话 其实我2.1兆的开关频率 刚好就可以把它 AM Band 的给跳过去 同时我的三倍频一般像这种方波 大家如果还有印象 像这种方波信号做傅立叶分解的时候 它都是三倍频五倍频七倍频 这种类型 倍频会比较多了 所以他这种辐射值 也大多是在这些频点上 2.1 再往上 6.3 然后到五倍频 七倍频这样一些 如果选用2.1兆的开关频率 其实 AM Band 和那个 AM Band middle wave 和 short wave 刚好都不是在测试的频段范围之内 那这种情况下它其实是换句话说 就是对我系统当中 真正比较关心的其他的功能 我的没有太大的影响 我这个频段虽然也会有一定的辐射值 但是我这个辐射值 就是跟其他的频率相当于就是给错开了 错开了的话就不会对其他的 一些功能设备带来一个影响 那从客户做 EMC 的角度来讲的话 能够简化客户的 EMC 调试的时间 能够省出更多的精力来做更多的测试 好 那上面就是我今天视频 介绍的主要内容主要几个部分 法律法规框图以及我们 TI 的 D 类功率放大器 在该系统当中的一个应用 本次培训之后的材料和视频 都会在一周之后 上传到 TI 的 E2E 官方论坛 大家也比较感兴趣的话 可以去论坛上下载或者是观看 好 谢谢大家
刚才我们讲了一下 AVAS 系统它的一个主要的框图 那下面我们会重点讲一下 TI的D类功率放大器 如何在这样一个 AVAS 系统当中得以应用 那针对这个部分 我会分四个小点来跟大家进行讲解 首先就是讲一下 TI 能用在 AVAS 系统当中 主推的一些芯片是什么 那会给一个总览 就是看一下我们有哪些芯片 以及会给一下这些芯片的 one sheet 看一下我们这些芯片都有哪些特性 那紧接着我们会提炼出来 三个技术上的点来去分析一下 为什么我们的芯片这样去设计 提供了这样一些参数 能够在汽车的 AVAS 系统当中 帮助客户简化设计 帮助客户能提供更稳定的一个设计 首先是我们 TI 的 D 类功率放大器的 一个 Portfolio 给大家讲一下了 那其实 TI 的功率放大器非常多 这地方列的也并没有所有的都列出来 这地方我挑出来的 只是说我们在结合 spec 和结合实际的应用需求来讲 这几颗是比较合适的 那哪些 spec 比如就我刚才提到的 一般我们是 2 channel 或者是 1 channel居多 那我们有 4 channel 的功率放大器 那其实在这个地方用的话 就会有点大材小用 那比如说我现在的喇叭 一般是20瓦以下的 那 TI 其实还有蛮多的 50瓦60瓦70瓦向上的功率放大器 在这个地方也不是很合适 那所以呢我们这地方列出来了几颗芯片 也是在客户当中比较 比较得到客户认可的一些芯片 大体分为两类 一类是模拟输入的 class D 另一类就是数字输入的 class D 模拟输入的现在 我们有两款产品是比较合适 一个是 TAS5411 一个是 TAS5421 主要的差别就是说一个芯片是 8 瓦的 一个芯片是 22 瓦的 那具体取决于客户 要设计达到 spec 什么样子 我们会有不同的选择 对于数字输入的 class D 从我们刚才讲的框图的角度来看的话 大家应该可以明白 就是我可以少一颗 DAC 我这样板子可以 用更小的面积来进行设计 那直接 DSP 或 MCU 出来 I2S 信号 送到我的数字输入 class D 上 然后 class D 内部就 自己直接转换成功率驱动信号 去驱动外部的 speaker 那我们现在一颗 比较高性能芯片就是 TAS6422 后面我也会有比较多的 slice 去讲解这个芯片 它为什么会有算作是高性能 它的高性能高在哪些地方 同时我们还有两颗产品 TAS5760 和 5720A 这两款产品 目前已经快接近量产 在 TI 的网站上大家也可以搜索到 那这两颗产品它的优势是什么呢 就是两个芯片基本是接近于 P2P 的 所以有 1 channel 或者 2 channel 的设计需求的话 那其实有的时候可以做成一块板子 这两个芯片就已经是非常接近的 它的功率的话一个是小一点 15W 一个是 1 channel 的 15 瓦 一个是 2 channel 的 20 瓦 所以这种情况下 对客户有两个 channel 进行 P2P 设计要求的 会是一个可以选择的项了 这就是我刚才提到就是 one sheet 每个芯片的话它会有 有这样一些关键特性和它的应用 它的一些优势 给客户带来哪些便捷性的东西 在这地方会总的把它给展示出来 比如说我们模拟输入的 classD 5421 跟 5411 下一页就是 5411 了 那这两个其实也是属于 P2P 的 就是瓦数不一样 那它的优点是 classD 效率会比较高一些 一般在这种低在这种满载的时候 能达到 90% 以上的效率 同时它的一个静态电流也会比较小 它的输出的功率呢 可以在驱动四欧姆的喇叭的时候 可以有 22 瓦输出 那同时它还会具有一定的诊断的功能 因为它留出来了 I2C 的接口 那这个芯片呢 对去外面负载的一些短路开路 或者是有 DC 错误 这样一些故障的状态 都可以诊断的出来 那并且用 I2C 可以 跟 MCU 进行通信汇报给 MCU 负载诊断这地方我在后面会详细讲一下 结合一个芯片详细讲一下 我们芯片是怎么去做的 一般是又是怎么去汇报出来的 那再下一个特性就是 能支持 40V 的 load dump load dump 这个地方 我也会在后面重点列出来 就是在车厂为什么要有一个 load dump 包括一些过热的一个保护 还有它的工作电压 就是能到4.5伏到18伏 那如果说做过车载的 车载相关产品设计的这个观众的话 一般应该会也会比较清楚 车载它的电压的一个波动的范围 那是 9到16V比较常见 那有的时候可能会再往下 那我后面会有一个图的话 给出更详细的解释 也便于一些没做过车载的同事 或者是观众来了解一下 我们这样一些产品 我们在车载系统进行设计的时候 比较关注的东西 包括还有下面的一些差分的输入 能得到更高的信噪比 还有包括 EMC 的性能 包括 AEC-Q100 的认证 这些都是我们主要的卖点 那它的应用场合呢就是各种各样 ECHO TBOX 等 那这里还包括 当然也包括我们这里 在讲的 AVAS 的系统 那车辆的模拟引擎声音告警系统 那比较贴合他的 spec 需求 这里这一页呢就是 5411 它的一个 one sheet 那我刚才也提到了 这一个跟 5421 的话基本是 P2P 的 它呢是有本身的 22 瓦 spec 是压缩到了 8 瓦 这样的话可以满足客户 对不同的设备不同的性能的一个要求 你可以做一块 PCB 然后你根据不同的应用需求 你分别贴不同的芯片 那这样的话从客户的角度 是节省开发时间 也是节省开发的成本的 这一页呢是 TAS6422 这是我刚才提到了 这是一个属于比较高性能的一个芯片 它的最大的输出瓦数可能是到75瓦 它是要用25伏去供电的时候 那其实如果在车载直接接电池的话 肯定是不会有25伏 所以它会如果要 用在大功率的应用场合下的话 它一般是用一个boost 那在 AVAS 系统当中 其实是不需要用这么大的功率 那就直接车载的电池的电 就给他去供电就好了 如果是 4 欧的喇叭就是2×27瓦 两欧姆的喇叭就是45瓦 那这个呢其实也是取决于客户的需求 它的功率数 它的喇叭的欧姆数分别是多少 那其实这个芯片呢 会给客户有足够的buffer来进行设计 那同时呢它还会有一个 比较高的开关频率 我在后面也会提到 我们的三个主要的特性 他的工作的电压 大家也可以看得到 本身是前一颗芯片会到 18 这一颗芯片我们的正常 工作电压会能够到26伏 这个芯片也能支持 40 伏的 load dump 包括诊断的功能 包括 I2C 的负载诊断 那它的诊断呢 其实比本身的5411 5421又会更强一些 它除了支持我的short或者open 一些DC状态下的负载的一些特性的诊断 都还能支持它的AC 就是我的负载的喇叭 它到底是几欧姆 那这个部分后面我也会提到 先给大家提前做一下介绍 这一颗芯片5760跟后面的5720 就是我们现在下面 即将要推出来的两款产品 在 TI 的网站上 大家也可以看得到一些初步的资料 那这两颗的话也是 能够适应一个新的应用需求 这颗芯片的话 因为我们刚才提到了 就是说能够支持 load dump load dump 的波形 我在后面会去跟大家去分享一下 load dump 的话 他为什么有这样一个 load dump 是因为在 12 伏的系统当中 它因为 starter 是包括电动机之类的 一些比较大功率的负载会挂在上面 那其实以后如果是做这种 纯电动的汽车或者是48伏的系统 那种 starter 有的时候不会挂在 挂在这个十二伏的电池侧 他会可能是挂在48伏侧 或者是挂到高压那边直接就去做驱动 相对来讲会它的12伏的电源会稳一些 所以不会有那么强的一个 那么大的一个范围的波动 那其实这种情况下的话 就26.4伏也是能够正常进行工作的 那这个芯片相当于推出来的话 就是做一个642相对来讲会高性能一点 那这颗芯片的话相对来讲 它会做一个低性能一点的 cost down 的一些设计 这个是 5720 就是小功率一点的 那回到这一页 就是我刚才也提前跟大家说了一下 就是说车载系统来讲的话 它的设计在输入电源来讲 是相对来讲要比较复杂一点的 跟我们正常在实验室里拿到的一些 DC source 还是不太一样 你 DC source 设个 12V 那就是个 12V 那 24V 就是 24V 但是在这种车载当中 因为我的负载挂的东西比较多 整个传统的燃油车上 或者说是这种插电强混的车上 因为它有电机 它会有一些12伏的东西在里边 12伏的电机 大功率的东西会挂在上面 所以传统的这种 车载应用在进行设计的时候 他会考虑它的输入的 电源的波动范围是比较大的 正常工作电压比如说在14伏 那在打火的时候 在就是说我瞬间打火起来的时候 它的电池电压 因为他要用电池来带动我的 starter 进行工作 它会瞬间抽取 甚至是好几百个安培的一个电流 它会把电池电压迅速拉得非常低 那根据最新的16750的spec 它其实在 start up 的时候 都甚至有可能会低到三伏 在这种极端的情况下 那如果说做国内的一些车厂的项目的话 大家可能也会拿到 各个车厂不同的 spec 那不同的车型甚至会有不一样的需求 那他比较常见的就是在这种低压的时候 有可能就会低到 4.5 伏到 6 伏 如果说假设车场给的 spec 是 4.5 伏这样一个系统的话 那就是要求我这个在低压的时候 你 4.5 伏这个系统也还是要能够工作 那这是往低压里去讲 讲低压的就是他最低可能会低到4.5 如果是从高压这个角度的话 如果我发生 load dump 的情况 就是你本身电池是挂在我这个跟电机 还有这些所有的设备 都挂在这个12伏的系统当中 如果你突然一个大功率的负载 从我这个电池上就脱落了 那这种情况下 我一下子一个大的负载没了 那它大家可以想象的到 就是说它的电压 可能会瞬间会冲上去比较高 那这种情况下 他如果说不加任何的这种 不加任何的限制的话 它的最高的电压 甚至可以到一两百伏甚至更高 但是对车载的应用来讲的话 它更多的其实会有这样一个限制条件 把这个电压能够压下来 并不会让它电压冲那么高 那按照这个16750 spec 它其实对这种12伏的系统的话 它能够把这个电池电压 钳位在三十五伏以下 所以对我们在设计这个 AVAS 系统的时候 它这个真实的这个系统能看到的电压的话 也就差不多是35伏 所以我们如果说结合低压结合高压 它最低到 4.5V 最高的 35 伏 那我们这样一颗芯片 在挂到这样一个电池负载上的时候 他就要求这个芯片 它能够要有一个更高的一个工作范围 像 6422 呢这颗芯片的话 它就是满有这样一个特性 它有最低能到 4.5 最高能到 26.4 伏 那就是这种正常的工作状态下 都不会有任何问题 那他同时还能够支持 40V 的 load dump 所以就是真有发现 有这种 load dump 的情况发生 按这种 spec 来讲的话 你能会到 45 伏 那这个芯片其实也是 能够耐受得住这样一个高压的 并不会说就会损坏 这样的话对客户来进行设计的时候 就会简化客户的设计 否则的话客户可能要在 比如说挑那一颗耐压 会低一点的十几伏的芯片 或者二十几伏的芯片 等发现 load dump 的时候 那大家可能会想象得到 就是要在前面去加这样一个tvs来进行限压 或者就是说我先把电压转一下 经过一个DCDC稳定了 转成一个稳定的电压 再给这个功放来进行进行供电 那由前面的DCDC来承担这样一个高压 那还有第四点就是我刚才说到的 就是对一些纯电动汽车 或者是48伏的系统来讲 这种 starter 有的时候 就不一定挂在这个 12 伏侧 所以相对来讲 以后 十二伏的电池 它的波形会更干净一些 那有的就可能就不需要 这么高的一个输入电压的范围 那我们的5760和5720这两个芯片的话 相对来讲也就是可以拿出来 来做一个参考 可以进行选型的一个选项 关于这种更宽的输入电压 我相信可能也有部分观众 和网友是比较感兴趣了 我刚才提到了包括16750这样一些spec 那其实包括还有7637这样一个spec 那在TI的话也有一些 在线的培训视频 或者是 TI design 来进行更详细的讲解 我在这个视频当中就不展开去谈太多 我是提供了链接给到大家 如果说大家对这两个点 对这个点刚好也比较感兴趣的话 可以去搜一下我们的 TI design TIDA00699 或者是一个在线培训的视频 7637 的standard 和 solution 相关的一个培训视频 可以去看一下 会有更详细的讲解 他的这些是怎么去测的 所以 OK 到下一页 我们刚才提到的 第二个技术上的点 就是我的负载诊断的一些功能 负载诊断根据车厂的要求 其实从 TI 这个角度大体也会分成两类了 一个是 DC 的负载诊断 一个是 AC 的负载诊断 DC 的话就是比如是不是发生了 这种就是一直真实存在的一种 一直持续存在的 跟频率没有太大关系 就是短路到电池或地 或者是这个负载就脱落了 这个speaker在这种颠簸的状况下 跟你的power就已经完全脱落了 或者说我这个speaker 他如果是这种两根线接过去的 差分信号接过去的 那这两根线之间是不是有短路了 那这个speaker就看不到电压 得不到驱动的功率了 那这种是几大类 还有一种是就是AC的负载诊断 AC的就是我的阻抗是多少 对一些传统的这种 implement 或者是外部功放这样一些应用来讲 他们是要做一些具体的 阻抗的一个诊断 它会有一个 DC 负载 会有一个低频的这种 woofer 和一个高频的喇叭 两个并联起来去进行使用 那他会对阻抗有一些 比较严格的要求 在车厂车间进行组装和测试的时候 它也会要看一下 我装上去这个喇叭是不是对的 我这样就可以去测这个 喇叭的值是对的的话 那说明我这个组装也就是没有问题的 也是从产线这个角度的话 帮助车厂的一些测试进行简化 关于负载诊断 其实我们也是有这样 一些分立的方案去做的 那当然我待会讲的这个是 是六四系列的或者是五四系列的 我们会把这种诊断集成到芯片里边去 如果说对一些传统的功放 老一点的功放 是没有这样一个诊断的功能 其实 TI 也有一些应用笔记来讲一讲 对这种外部功放的话如何进行诊断 我这地方也贴出来这个应用笔记的名字 以及它相应的链接 如果客户比较感兴趣 不希望用这种集成的方案 想用低成本一些分立的方案来做的话 也可以参考这样的应用笔记 感兴趣的网友或者是观众 对这种更详细的负载诊断 从原理上怎么去实现的 也可以去搜索一下 这篇 application note 学习一下 那下面我会讲一下 对于我们芯片集成的芯片来讲 内部电路上是怎么来实现的 对 6422 这颗芯片来讲的话 其实 output N 跟 output P 这两个脚的话 就是直接的一个功率输出脚 那我们其实会有类似于 DCDC 一样的上管和下管了 上管和下管然后再加上一个电感 再加电容那就跟一个 DCDC 是比较接近的 它有两路 一个output P 一个 output N 这两个的话产生一个 反向的一个信号的话 其实是用来就刚好做这种 speaker 的驱动 从这个 speaker 这个角度 他能看到的一个正弦波 但DCDC相当于就是稳压了 所以 class D 从本身上 从客户角度来讲的话 跟 DCDC 是比较接近的 但是在这张图上 就没有把 DCDC 那个上下管给画进去 这地方更多的是想跟观众分享一下 我们从芯片的角度 来怎么来做这样一个诊断 芯片如果想实现这样一个诊断的话 他内部要除了最基本的驱动电路 还要辅助的一些电路 那从这个这张图我们可以看得出来 就是我们其实在芯片内部 会有比较多的一个模拟开关 也会有一定得信号源 也会有一定 有 ADC 那其实就是相当于 从把外部的一些东西 全部集成到芯片内部来做 那如果要做这种short to power 或者是 short to ground 的 一个诊断的话 其实我们在芯片内部会有一定的时序 你点了这样一个测试的命令之后 这个芯片呢它会把 S1 S2 这两个开关把它给闭合 S3 把它给断开 那这种情况下呢 我芯片内部会产生一个 二分之一 VDD 的一个电压 通过一个 buffer 送出去 那假设外部的话没有发生电源短路 或者是接地短路这样一个错误 那其实这是一种正常的状态 那外部其实理论上看到的 这个引脚上就应该是 二分之一 VDD 这样一个电压 那这再用两根线把它再给引回来 那经过一个 buffer 再重新送到 ADC 这边把它采样 那这个 ADC 采样采这个电压之后 看一下我进行计算之后的值 看一下这两个引脚上它的电压 是不是 二分之一 VDD 或者是不是在二分之一 VDD 上下一定的范围之内 如果是的话 那说明我这个芯片 应该是一种正常的状态 并没有发生电源短路或接地短路 如果你发生接地短路 那这个地方是一个强下拉的源拉到地 那这个引角上肯定是一个零电平 如果短路到电源那就是9到16伏 这样一个电压范围 那这种情况下 ADC采样回来的话 就是超过了芯片内部本身的限制的话 那它就会报这样一个错误出来 那刚才的一个动作呢 是电源短路和接地短路进行区分 还有一种负载 还有一类负载诊断的类型是 open load 或者 short load 就是我的 speaker 因为长期的颠簸会不会有可能有脱落 或者是我的两根线是不是有磨损了 然后碰到了一起去了 那这样的话芯片肯定是都是没有 这个 speaker 肯定都是没有声音的 所以这种情况下的话 我们芯片再怎么对他进行诊断的 就是我会把刚才的S1开关把它给断开 那我去用 S3 开关把它给闭合 S2 也是闭合的 那这种情况下的话 我会从DAC去送这样一个信号过去 然后呢去诊断一下 我这样一个 还是去通过 从 DAC 先给信号出去 然后还是用ADC来进行采样 采这样一个电压 如果说是 open load 的话 我给了一个DAC的 大家要注意一下 这地方我们给出去的 其实是一个电流的信号 而不是一个电压的信号 如果给出去一个电流的信号 然后外面又是 open load 相当于就是一个完全的空负载的状态下 相当于是一个阻抗无穷大 那这种情况下采集到的电压呢 是相当于就是 能够达到我芯片的一个最大值了 它就会顶到 我这个芯片的供电的上限 那可能就是3.3伏 或者是如果是 short load 外面就是相当于就是零电平 你给一个电流信号 然后流入到一个零欧姆的电阻上 那相当于就是也是没有压差的 那这种情况下 ADC 再对这P和N两个引脚 差的电压进行采样进行计算的时候 我就可以看到 如果说我一个正常的负载 两欧姆四欧姆八欧姆的负载接在上面 那我给他送入一个20毫安的电流信号 我能采得到一个正常的一个电压值 那如果我是 open load 阻抗无穷大或者是short load 阻抗只有零那这种情况下 我一个电流源信号给出去的话 它在这两个引脚之间 产生的电压就是不对的 所以呢它就是根据这样一个机制 来再来判断一下open load 和short load的状态 那从这张波形 是一个完整的一个正常的 DC 负载诊断的一个波形 有假设我们这个芯片 我们有同系列的芯片是 四个通道的 6424 那这张波形呢放的是 那这张波形呢放的是 6424 四个通道来进行诊断的 如果是 6422 就是两个波形 两个通道我在进行诊断 那 6424 的话 它相当于我们可以看到 前面会有四个小的尖脉冲 那就是做 short power 和 short battery 的一个诊断 那后面四个大的脉冲 那就是做 open load 和 short load 的诊断 如果诊断没有错误的话 那到最后几个通道就会同时会打开 在 PWM 上就是在我的引脚上 会产生非常多的PWM信号 再经过 LC filter 对它进行滤波 就得到我正常的一个音频的信号 如果说有错误的话 就是我们会有这样一个寄存器 就是芯片自己去做诊断 你给他一个命令 他自己去做诊断 如果说发现了有错误的话 那么我们会有这样一个寄存器会报出来 所以客户如果在用 这样一款芯片在进行设计的时候 那流程就是我发命令 写软件代码的流程 我发命令出去 然后等待一段时间 等它正常的一个负载诊断的时间结束之后 我就要去读这样一个寄存器 如果说所有的都是零 没有任何的错误的话 那就是一种正常的工作状态 可以产生相应的一些信号 如果说发生了那某个通道有错误的话 那这种情况就是要把这个错误 给汇报给驾驶员汇报给车辆系统 我们刚才提到的就是 open load short load short battery short power 是四大类型的负载错误 那是 DC 相关的 还有一种就是 AC 的诊断 就是我刚才提到的 我们要测一下他的真实的阻抗是多少 就是如果要测它的阻抗 AC 的它更多的是要跟频率相关的 所以我们在做 AC 负载诊断的时候 你要去测这个频 要去测这个阻抗 方法类似于我们刚才说的 DC open load 和 short load 的 一个诊断方式 就是往我这个负载上去注入信号 然后再测量信号 那只是这个地方差别是什么 这个是注入的是一个交流信号 因为AC的东西它是要跟频率相关的 我AC在1K的频率下10K的频率下 20K的频率下 它展现的频率特性是不一样的 它的阻抗值和相位值都是不一样的 所以呢在这个地方 我们是一般测试测它的频率呢 会挑一个不会对人耳产生干扰的 不会对人耳产生一些影响的 因为我刚才也提到人耳 其实正常的能接受的范围 我们通常都认为都是 20k 但其实绝大多数人的话 可能对高频也没有那么敏感 因此我们就是挑了一个频率19K 比较接近20K这样一个范围 比较接近20k这样一个频率来进行测 其实测出这样一个频率的话 就是给它注入一个19K的正弦信号 那我知道我这个注入信号的幅值 那然后我再去测这样一个 电流信号在负载上产生的电压信号 那这个电压信号除以我的电流信号 这应该就是我的阻抗的值 包括阻抗的幅值 还有阻抗的相位值 都可以通过测量然后进行算得出来 那如果我测完了之后 先执行 AC 诊断的命令 测完了之后的话 它的波形大体就是长这个样子 跟我们刚才看 DC 的时候 是不太一样的 在 AC 的时候的话 它其实会有一连串的这种 交流的信号在波形上能够看得到 如果说 AC 信号到最后测完了 我们相应的 也是会有一些寄存器来进行汇报 那这地方会有三个寄存器 就是我们刚才提到了 AC的东西它除了有阻抗 它还会有相位值 阻抗我们用了一个寄存器来表示 相位的话是用两个寄存器来表示 读取这些寄存器的值 再按一定的公式进行计算 就可以推算出我现在的阻抗 和相位值分别是多少 那我们看一下一个实际的例子 可以给大家做一下参考 那在这张图上就是右手边是 woofer 一个是 tweeter woofer 一般都是在低频的时候 阻抗特性比较好 那 tweeter 是在高频特性 那在左边这个图呢 就是他的一个 AP 的 一个真实的测量的信号 绿线呢是我的 woofer 那个红线呢是我的 tweeter 那我两个喇叭有的时候会并到一起 并到一起的情况下 它会产生蓝色的那个那条线 那并联之后它的阻抗会变低 如果说根据我们刚才说的 就是我们在测试的时候 是挑输入信号的频率是19K 那我不同的频率下 那个阻抗是不一样的 根据这个 AP 的测量 这个测量仪器测的话 大家可以看到 假设只有 woofer 的时候 他的测出来的19K那条线 跟我那个阻抗的线的交点 大家可以看到是比较接近20 这个十九点多这样一个欧姆的值 那如果说 tweeter 跟 woofer 并联在一起 蓝色那根线的话大约就是在七点多欧姆 那这一页的话就是我们 642 系列的 642x 系列的 classD 这个高性能的classD 它的一个实际的测量的结果 如果我 woofer 跟 tweeter 并联起来的话 我们根据实际的计算 我加在第四个通道上 我发现量出来的 它的这个阻抗值就是 7.34 欧姆 如果说我只有 woofer 的话 它的阻抗值大约就是在18点多 就是回过头来跟我们刚才 在这条线上看到的就是比较接近的 就是一个只有woofer 是 8.5 woofer + tweeter 的就是 7.3 那其实也可以看得出我们 这个芯片在进行 阻抗测量的时候的一个优势了 介绍完了第二个技术优点 就是我们完成了负载诊断功能 我们再介绍一下 第三个技术优势 就是我们的更高的开关频率 那么在传统的音频设计当中 就是 400k 可以会相对来讲用的多一些 那为什么也是有原因的 就是我下一页刚好会有 就是跟我们那种传统的 AM FM 这个这种收音机也是有一定的关系 就是 AM 的中波段 大约在500多K到1.8兆 那我再去选中开关频率的时候 我的开关频率其实是 如果跟我的这种调频 跟我的调幅的频率比较接近的话 会影响到我这样一个调幅的效果 就会带来一些干扰的 这种频率的东西在时域上是叠加 但是在频域上都可以分解开来 所以你是 400k 跟 500k 的话 如果说频域刚好又叠加到一起 如果说这种开关频率 跟我调幅的频率叠加到一起 这种从频域的角度 也是比较难把它给分解出来 所以一般对这种频率的选择 都是要会错开一点 所以传统的呢 400k 会大一点 但如果说是选 400k 的开关频率 如果为网友或者是观众 做过这些 DCDC 的设计 或者 classD 的设计 应该也都能够了解我的开关频率 如果选的比较低的话 它对相同的纹波 在相同纹波要求的情况下 它对电感和电容的要求就会大一些 它要感值更大 那产生的电流纹波才会越小 它容值越大 产生的电压纹波才会越小 那如果说我用 2.1M 的开关频率来进行做的话 那其实我是开关频率做高了 那每次开的时间会更短 关的时间也会更短 那这种情况下其实 电流的纹波和电压的纹波 都相对来讲会小更多 所以我们从选择电感的角度的话 我可以选一个更小的电感 来实现相同的一个纹波的参数 那我在这边也放了一张图 可以很直观地对比出我们同样的产品 我用 400K 和用 2.1M 开关频率 我选择电感的尺寸的一个差别 肉眼对比还是比较直观的 那选了一个 2.1 如果要选用 2.1M 的话 我得电感可以选择更小的 PCB 的 size 都可以做的更小 所以在下面这张图 我们也是有从系统的角度来进行比对 我看一下就是传统的 400K 的 size 有多大 然后如果说我们选用642系列的 这种 2.1M 的开关频率来做的话 我的整个的系统的面积会缩小 75% 那我们如果说把这个 2 通道的 class D 就是单面摆放 那电感一般是要四个电感 大家可以对这种 classD 的拓扑 如果不太清楚的 也可以去搜索一下看一看 对于这种差分的输出的 class D 要四个电感 如果是并联的一些方式 它可能会要求的电感的数量会更多一些 那如果只是正常情况下 两个通道就是四个电感 把四个电感跟芯片单面摆放的话 其实从图上我们可以看得到 面积会明显小很多 只有 5.4 平方厘米 大约就是 2×2.7 了 那这样的话对我这个整个系统的角度 从整个系统的角度来讲 PCB 的面积会省很多 成本这个各方面都会省很多 那我们这个地方 同时想要强调一下 就是 TI 的 642 系列 这是相当于是业界第一个汽车级的 能够支持 2.1M 开关频率的 class D 那有了这样一个优势的话 我们可以更大程度的 去帮助客户去简化整个系统的设计 让整个系统的 BOM 和 PCB 的 size 都会小很多 我们为什么选 2.1 这也同时也是有另一个原因 刚才说的是 400 那一般四百五百这种类型 都是叫 sub-AM Band 那更准确的叫 AM 的 middle wave 在中波频段 大家就可以去看一下 做 EMC 测试的时候 国际上比较主流的就是 大家follow共识性比较高的 CISPER25 CISPER25 这样一个 spec 里面定义的 对这种频段划分 主要关注哪些测量频段 对 AM 频段的话 分 low wave middle wave 和 short wave 长波段150K到300K 中波段就530K到1.8兆 如果是短波段呢就是5.9到6.2 那如果我们选的是2.1兆的开关频率 那我们从这个频率的角度来看的话 其实我2.1兆的开关频率 刚好就可以把它 AM Band 的给跳过去 同时我的三倍频一般像这种方波 大家如果还有印象 像这种方波信号做傅立叶分解的时候 它都是三倍频五倍频七倍频 这种类型 倍频会比较多了 所以他这种辐射值 也大多是在这些频点上 2.1 再往上 6.3 然后到五倍频 七倍频这样一些 如果选用2.1兆的开关频率 其实 AM Band 和那个 AM Band middle wave 和 short wave 刚好都不是在测试的频段范围之内 那这种情况下它其实是换句话说 就是对我系统当中 真正比较关心的其他的功能 我的没有太大的影响 我这个频段虽然也会有一定的辐射值 但是我这个辐射值 就是跟其他的频率相当于就是给错开了 错开了的话就不会对其他的 一些功能设备带来一个影响 那从客户做 EMC 的角度来讲的话 能够简化客户的 EMC 调试的时间 能够省出更多的精力来做更多的测试 好 那上面就是我今天视频 介绍的主要内容主要几个部分 法律法规框图以及我们 TI 的 D 类功率放大器 在该系统当中的一个应用 本次培训之后的材料和视频 都会在一周之后 上传到 TI 的 E2E 官方论坛 大家也比较感兴趣的话 可以去论坛上下载或者是观看 好 谢谢大家
刚才我们讲了一下
AVAS 系统它的一个主要的框图
那下面我们会重点讲一下
TI的D类功率放大器
如何在这样一个 AVAS 系统当中得以应用
那针对这个部分
我会分四个小点来跟大家进行讲解
首先就是讲一下
TI 能用在 AVAS 系统当中
主推的一些芯片是什么
那会给一个总览
就是看一下我们有哪些芯片
以及会给一下这些芯片的 one sheet
看一下我们这些芯片都有哪些特性
那紧接着我们会提炼出来
三个技术上的点来去分析一下
为什么我们的芯片这样去设计
提供了这样一些参数
能够在汽车的 AVAS 系统当中
帮助客户简化设计
帮助客户能提供更稳定的一个设计
首先是我们 TI 的 D 类功率放大器的
一个 Portfolio 给大家讲一下了
那其实 TI 的功率放大器非常多
这地方列的也并没有所有的都列出来
这地方我挑出来的
只是说我们在结合 spec
和结合实际的应用需求来讲
这几颗是比较合适的
那哪些 spec 比如就我刚才提到的
一般我们是 2 channel
或者是 1 channel居多
那我们有 4 channel 的功率放大器
那其实在这个地方用的话
就会有点大材小用
那比如说我现在的喇叭
一般是20瓦以下的
那 TI 其实还有蛮多的
50瓦60瓦70瓦向上的功率放大器
在这个地方也不是很合适
那所以呢我们这地方列出来了几颗芯片
也是在客户当中比较
比较得到客户认可的一些芯片
大体分为两类
一类是模拟输入的 class D
另一类就是数字输入的 class D
模拟输入的现在
我们有两款产品是比较合适
一个是 TAS5411
一个是 TAS5421
主要的差别就是说一个芯片是 8 瓦的
一个芯片是 22 瓦的
那具体取决于客户
要设计达到 spec 什么样子
我们会有不同的选择
对于数字输入的 class D
从我们刚才讲的框图的角度来看的话
大家应该可以明白
就是我可以少一颗 DAC
我这样板子可以
用更小的面积来进行设计
那直接 DSP 或 MCU 出来 I2S 信号
送到我的数字输入 class D 上
然后 class D 内部就
自己直接转换成功率驱动信号
去驱动外部的 speaker
那我们现在一颗
比较高性能芯片就是 TAS6422
后面我也会有比较多的
slice 去讲解这个芯片
它为什么会有算作是高性能
它的高性能高在哪些地方
同时我们还有两颗产品
TAS5760 和 5720A 这两款产品
目前已经快接近量产
在 TI 的网站上大家也可以搜索到
那这两颗产品它的优势是什么呢
就是两个芯片基本是接近于 P2P 的
所以有 1 channel
或者 2 channel 的设计需求的话
那其实有的时候可以做成一块板子
这两个芯片就已经是非常接近的
它的功率的话一个是小一点 15W
一个是 1 channel 的 15 瓦
一个是 2 channel 的 20 瓦
所以这种情况下
对客户有两个 channel
进行 P2P 设计要求的
会是一个可以选择的项了
这就是我刚才提到就是 one sheet
每个芯片的话它会有
有这样一些关键特性和它的应用
它的一些优势
给客户带来哪些便捷性的东西
在这地方会总的把它给展示出来
比如说我们模拟输入的 classD
5421 跟 5411
下一页就是 5411 了
那这两个其实也是属于 P2P 的
就是瓦数不一样
那它的优点是 classD
效率会比较高一些
一般在这种低在这种满载的时候
能达到 90% 以上的效率
同时它的一个静态电流也会比较小
它的输出的功率呢
可以在驱动四欧姆的喇叭的时候
可以有 22 瓦输出
那同时它还会具有一定的诊断的功能
因为它留出来了 I2C 的接口
那这个芯片呢
对去外面负载的一些短路开路
或者是有 DC 错误
这样一些故障的状态
都可以诊断的出来
那并且用 I2C 可以
跟 MCU 进行通信汇报给 MCU
负载诊断这地方我在后面会详细讲一下
结合一个芯片详细讲一下
我们芯片是怎么去做的
一般是又是怎么去汇报出来的
那再下一个特性就是
能支持 40V 的 load dump
load dump 这个地方
我也会在后面重点列出来
就是在车厂为什么要有一个 load dump
包括一些过热的一个保护
还有它的工作电压
就是能到4.5伏到18伏
那如果说做过车载的
车载相关产品设计的这个观众的话
一般应该会也会比较清楚
车载它的电压的一个波动的范围
那是 9到16V比较常见
那有的时候可能会再往下
那我后面会有一个图的话
给出更详细的解释
也便于一些没做过车载的同事
或者是观众来了解一下
我们这样一些产品
我们在车载系统进行设计的时候
比较关注的东西
包括还有下面的一些差分的输入
能得到更高的信噪比
还有包括 EMC 的性能
包括 AEC-Q100 的认证
这些都是我们主要的卖点
那它的应用场合呢就是各种各样
ECHO TBOX 等
那这里还包括
当然也包括我们这里
在讲的 AVAS 的系统
那车辆的模拟引擎声音告警系统
那比较贴合他的 spec 需求
这里这一页呢就是
5411 它的一个 one sheet
那我刚才也提到了
这一个跟 5421 的话基本是 P2P 的
它呢是有本身的 22 瓦
spec 是压缩到了 8 瓦
这样的话可以满足客户
对不同的设备不同的性能的一个要求
你可以做一块 PCB
然后你根据不同的应用需求
你分别贴不同的芯片
那这样的话从客户的角度
是节省开发时间
也是节省开发的成本的
这一页呢是 TAS6422
这是我刚才提到了
这是一个属于比较高性能的一个芯片
它的最大的输出瓦数可能是到75瓦
它是要用25伏去供电的时候
那其实如果在车载直接接电池的话
肯定是不会有25伏
所以它会如果要
用在大功率的应用场合下的话
它一般是用一个boost
那在 AVAS 系统当中
其实是不需要用这么大的功率
那就直接车载的电池的电
就给他去供电就好了
如果是 4 欧的喇叭就是2×27瓦
两欧姆的喇叭就是45瓦
那这个呢其实也是取决于客户的需求
它的功率数
它的喇叭的欧姆数分别是多少
那其实这个芯片呢
会给客户有足够的buffer来进行设计
那同时呢它还会有一个
比较高的开关频率
我在后面也会提到
我们的三个主要的特性
他的工作的电压
大家也可以看得到
本身是前一颗芯片会到 18
这一颗芯片我们的正常
工作电压会能够到26伏
这个芯片也能支持 40 伏的 load dump
包括诊断的功能
包括 I2C 的负载诊断
那它的诊断呢
其实比本身的5411 5421又会更强一些
它除了支持我的short或者open
一些DC状态下的负载的一些特性的诊断
都还能支持它的AC
就是我的负载的喇叭
它到底是几欧姆
那这个部分后面我也会提到
先给大家提前做一下介绍
这一颗芯片5760跟后面的5720
就是我们现在下面
即将要推出来的两款产品
在 TI 的网站上
大家也可以看得到一些初步的资料
那这两颗的话也是
能够适应一个新的应用需求
这颗芯片的话
因为我们刚才提到了
就是说能够支持 load dump
load dump 的波形
我在后面会去跟大家去分享一下
load dump 的话
他为什么有这样一个 load dump
是因为在 12 伏的系统当中
它因为 starter 是包括电动机之类的
一些比较大功率的负载会挂在上面
那其实以后如果是做这种
纯电动的汽车或者是48伏的系统
那种 starter 有的时候不会挂在
挂在这个十二伏的电池侧
他会可能是挂在48伏侧
或者是挂到高压那边直接就去做驱动
相对来讲会它的12伏的电源会稳一些
所以不会有那么强的一个
那么大的一个范围的波动
那其实这种情况下的话
就26.4伏也是能够正常进行工作的
那这个芯片相当于推出来的话
就是做一个642相对来讲会高性能一点
那这颗芯片的话相对来讲
它会做一个低性能一点的
cost down 的一些设计
这个是 5720 就是小功率一点的
那回到这一页
就是我刚才也提前跟大家说了一下
就是说车载系统来讲的话
它的设计在输入电源来讲
是相对来讲要比较复杂一点的
跟我们正常在实验室里拿到的一些
DC source 还是不太一样
你 DC source 设个 12V
那就是个 12V
那 24V 就是 24V
但是在这种车载当中
因为我的负载挂的东西比较多
整个传统的燃油车上
或者说是这种插电强混的车上
因为它有电机
它会有一些12伏的东西在里边
12伏的电机
大功率的东西会挂在上面
所以传统的这种
车载应用在进行设计的时候
他会考虑它的输入的
电源的波动范围是比较大的
正常工作电压比如说在14伏
那在打火的时候
在就是说我瞬间打火起来的时候
它的电池电压
因为他要用电池来带动我的
starter 进行工作
它会瞬间抽取
甚至是好几百个安培的一个电流
它会把电池电压迅速拉得非常低
那根据最新的16750的spec
它其实在 start up 的时候
都甚至有可能会低到三伏
在这种极端的情况下
那如果说做国内的一些车厂的项目的话
大家可能也会拿到
各个车厂不同的 spec
那不同的车型甚至会有不一样的需求
那他比较常见的就是在这种低压的时候
有可能就会低到 4.5 伏到 6 伏
如果说假设车场给的 spec
是 4.5 伏这样一个系统的话
那就是要求我这个在低压的时候
你 4.5 伏这个系统也还是要能够工作
那这是往低压里去讲
讲低压的就是他最低可能会低到4.5
如果是从高压这个角度的话
如果我发生 load dump 的情况
就是你本身电池是挂在我这个跟电机
还有这些所有的设备
都挂在这个12伏的系统当中
如果你突然一个大功率的负载
从我这个电池上就脱落了
那这种情况下
我一下子一个大的负载没了
那它大家可以想象的到
就是说它的电压
可能会瞬间会冲上去比较高
那这种情况下
他如果说不加任何的这种
不加任何的限制的话
它的最高的电压
甚至可以到一两百伏甚至更高
但是对车载的应用来讲的话
它更多的其实会有这样一个限制条件
把这个电压能够压下来
并不会让它电压冲那么高
那按照这个16750 spec
它其实对这种12伏的系统的话
它能够把这个电池电压
钳位在三十五伏以下
所以对我们在设计这个 AVAS 系统的时候
它这个真实的这个系统能看到的电压的话
也就差不多是35伏
所以我们如果说结合低压结合高压
它最低到 4.5V
最高的 35 伏
那我们这样一颗芯片
在挂到这样一个电池负载上的时候
他就要求这个芯片
它能够要有一个更高的一个工作范围
像 6422 呢这颗芯片的话
它就是满有这样一个特性
它有最低能到 4.5
最高能到 26.4 伏
那就是这种正常的工作状态下
都不会有任何问题
那他同时还能够支持 40V 的 load dump
所以就是真有发现
有这种 load dump 的情况发生
按这种 spec 来讲的话
你能会到 45 伏
那这个芯片其实也是
能够耐受得住这样一个高压的
并不会说就会损坏
这样的话对客户来进行设计的时候
就会简化客户的设计
否则的话客户可能要在
比如说挑那一颗耐压
会低一点的十几伏的芯片
或者二十几伏的芯片
等发现 load dump 的时候
那大家可能会想象得到
就是要在前面去加这样一个tvs来进行限压
或者就是说我先把电压转一下
经过一个DCDC稳定了
转成一个稳定的电压
再给这个功放来进行进行供电
那由前面的DCDC来承担这样一个高压
那还有第四点就是我刚才说到的
就是对一些纯电动汽车
或者是48伏的系统来讲
这种 starter 有的时候
就不一定挂在这个 12 伏侧
所以相对来讲
以后 十二伏的电池
它的波形会更干净一些
那有的就可能就不需要
这么高的一个输入电压的范围
那我们的5760和5720这两个芯片的话
相对来讲也就是可以拿出来
来做一个参考
可以进行选型的一个选项
关于这种更宽的输入电压
我相信可能也有部分观众
和网友是比较感兴趣了
我刚才提到了包括16750这样一些spec
那其实包括还有7637这样一个spec
那在TI的话也有一些
在线的培训视频
或者是 TI design 来进行更详细的讲解
我在这个视频当中就不展开去谈太多
我是提供了链接给到大家
如果说大家对这两个点
对这个点刚好也比较感兴趣的话
可以去搜一下我们的 TI design
TIDA00699 或者是一个在线培训的视频
7637 的standard 和 solution
相关的一个培训视频
可以去看一下
会有更详细的讲解
他的这些是怎么去测的
所以 OK 到下一页
我们刚才提到的
第二个技术上的点
就是我的负载诊断的一些功能
负载诊断根据车厂的要求
其实从 TI 这个角度大体也会分成两类了
一个是 DC 的负载诊断
一个是 AC 的负载诊断
DC 的话就是比如是不是发生了
这种就是一直真实存在的一种
一直持续存在的
跟频率没有太大关系
就是短路到电池或地
或者是这个负载就脱落了
这个speaker在这种颠簸的状况下
跟你的power就已经完全脱落了
或者说我这个speaker
他如果是这种两根线接过去的
差分信号接过去的
那这两根线之间是不是有短路了
那这个speaker就看不到电压
得不到驱动的功率了
那这种是几大类
还有一种是就是AC的负载诊断
AC的就是我的阻抗是多少
对一些传统的这种 implement
或者是外部功放这样一些应用来讲
他们是要做一些具体的
阻抗的一个诊断
它会有一个 DC 负载
会有一个低频的这种 woofer
和一个高频的喇叭
两个并联起来去进行使用
那他会对阻抗有一些
比较严格的要求
在车厂车间进行组装和测试的时候
它也会要看一下
我装上去这个喇叭是不是对的
我这样就可以去测这个
喇叭的值是对的的话
那说明我这个组装也就是没有问题的
也是从产线这个角度的话
帮助车厂的一些测试进行简化
关于负载诊断
其实我们也是有这样
一些分立的方案去做的
那当然我待会讲的这个是
是六四系列的或者是五四系列的
我们会把这种诊断集成到芯片里边去
如果说对一些传统的功放
老一点的功放
是没有这样一个诊断的功能
其实 TI 也有一些应用笔记来讲一讲
对这种外部功放的话如何进行诊断
我这地方也贴出来这个应用笔记的名字
以及它相应的链接
如果客户比较感兴趣
不希望用这种集成的方案
想用低成本一些分立的方案来做的话
也可以参考这样的应用笔记
感兴趣的网友或者是观众
对这种更详细的负载诊断
从原理上怎么去实现的
也可以去搜索一下
这篇 application note 学习一下
那下面我会讲一下
对于我们芯片集成的芯片来讲
内部电路上是怎么来实现的
对 6422 这颗芯片来讲的话
其实 output N 跟 output P
这两个脚的话
就是直接的一个功率输出脚
那我们其实会有类似于
DCDC 一样的上管和下管了
上管和下管然后再加上一个电感
再加电容那就跟一个 DCDC
是比较接近的
它有两路 一个output P
一个 output N
这两个的话产生一个
反向的一个信号的话
其实是用来就刚好做这种
speaker 的驱动
从这个 speaker 这个角度
他能看到的一个正弦波
但DCDC相当于就是稳压了
所以 class D 从本身上
从客户角度来讲的话
跟 DCDC 是比较接近的
但是在这张图上
就没有把 DCDC 那个上下管给画进去
这地方更多的是想跟观众分享一下
我们从芯片的角度
来怎么来做这样一个诊断
芯片如果想实现这样一个诊断的话
他内部要除了最基本的驱动电路
还要辅助的一些电路
那从这个这张图我们可以看得出来
就是我们其实在芯片内部
会有比较多的一个模拟开关
也会有一定得信号源
也会有一定 有 ADC
那其实就是相当于
从把外部的一些东西
全部集成到芯片内部来做
那如果要做这种short to power
或者是 short to ground 的
一个诊断的话
其实我们在芯片内部会有一定的时序
你点了这样一个测试的命令之后
这个芯片呢它会把
S1 S2 这两个开关把它给闭合
S3 把它给断开
那这种情况下呢
我芯片内部会产生一个
二分之一 VDD 的一个电压
通过一个 buffer 送出去
那假设外部的话没有发生电源短路
或者是接地短路这样一个错误
那其实这是一种正常的状态
那外部其实理论上看到的
这个引脚上就应该是
二分之一 VDD 这样一个电压
那这再用两根线把它再给引回来
那经过一个 buffer
再重新送到 ADC 这边把它采样
那这个 ADC 采样采这个电压之后
看一下我进行计算之后的值
看一下这两个引脚上它的电压
是不是 二分之一 VDD
或者是不是在二分之一 VDD
上下一定的范围之内
如果是的话
那说明我这个芯片
应该是一种正常的状态
并没有发生电源短路或接地短路
如果你发生接地短路
那这个地方是一个强下拉的源拉到地
那这个引角上肯定是一个零电平
如果短路到电源那就是9到16伏
这样一个电压范围
那这种情况下
ADC采样回来的话
就是超过了芯片内部本身的限制的话
那它就会报这样一个错误出来
那刚才的一个动作呢
是电源短路和接地短路进行区分
还有一种负载
还有一类负载诊断的类型是
open load 或者 short load
就是我的 speaker
因为长期的颠簸会不会有可能有脱落
或者是我的两根线是不是有磨损了
然后碰到了一起去了
那这样的话芯片肯定是都是没有
这个 speaker 肯定都是没有声音的
所以这种情况下的话
我们芯片再怎么对他进行诊断的
就是我会把刚才的S1开关把它给断开
那我去用 S3 开关把它给闭合
S2 也是闭合的
那这种情况下的话
我会从DAC去送这样一个信号过去
然后呢去诊断一下
我这样一个
还是去通过
从 DAC 先给信号出去
然后还是用ADC来进行采样
采这样一个电压
如果说是 open load 的话
我给了一个DAC的
大家要注意一下
这地方我们给出去的
其实是一个电流的信号
而不是一个电压的信号
如果给出去一个电流的信号
然后外面又是 open load
相当于就是一个完全的空负载的状态下
相当于是一个阻抗无穷大
那这种情况下采集到的电压呢
是相当于就是
能够达到我芯片的一个最大值了
它就会顶到
我这个芯片的供电的上限
那可能就是3.3伏
或者是如果是 short load
外面就是相当于就是零电平
你给一个电流信号
然后流入到一个零欧姆的电阻上
那相当于就是也是没有压差的
那这种情况下
ADC 再对这P和N两个引脚
差的电压进行采样进行计算的时候
我就可以看到
如果说我一个正常的负载
两欧姆四欧姆八欧姆的负载接在上面
那我给他送入一个20毫安的电流信号
我能采得到一个正常的一个电压值
那如果我是 open load
阻抗无穷大或者是short load
阻抗只有零那这种情况下
我一个电流源信号给出去的话
它在这两个引脚之间
产生的电压就是不对的
所以呢它就是根据这样一个机制
来再来判断一下open load
和short load的状态
那从这张波形
是一个完整的一个正常的
DC 负载诊断的一个波形
有假设我们这个芯片
我们有同系列的芯片是
四个通道的 6424
那这张波形呢放的是
那这张波形呢放的是
6424 四个通道来进行诊断的
如果是 6422 就是两个波形
两个通道我在进行诊断
那 6424 的话
它相当于我们可以看到
前面会有四个小的尖脉冲
那就是做 short power
和 short battery 的一个诊断
那后面四个大的脉冲
那就是做 open load
和 short load 的诊断
如果诊断没有错误的话
那到最后几个通道就会同时会打开
在 PWM 上就是在我的引脚上
会产生非常多的PWM信号
再经过 LC filter 对它进行滤波
就得到我正常的一个音频的信号
如果说有错误的话
就是我们会有这样一个寄存器
就是芯片自己去做诊断
你给他一个命令
他自己去做诊断
如果说发现了有错误的话
那么我们会有这样一个寄存器会报出来
所以客户如果在用
这样一款芯片在进行设计的时候
那流程就是我发命令
写软件代码的流程
我发命令出去
然后等待一段时间
等它正常的一个负载诊断的时间结束之后
我就要去读这样一个寄存器
如果说所有的都是零
没有任何的错误的话
那就是一种正常的工作状态
可以产生相应的一些信号
如果说发生了那某个通道有错误的话
那这种情况就是要把这个错误
给汇报给驾驶员汇报给车辆系统
我们刚才提到的就是
open load short load
short battery short power
是四大类型的负载错误
那是 DC 相关的
还有一种就是 AC 的诊断
就是我刚才提到的
我们要测一下他的真实的阻抗是多少
就是如果要测它的阻抗
AC 的它更多的是要跟频率相关的
所以我们在做 AC 负载诊断的时候
你要去测这个频
要去测这个阻抗
方法类似于我们刚才说的
DC open load 和 short load 的
一个诊断方式
就是往我这个负载上去注入信号
然后再测量信号
那只是这个地方差别是什么
这个是注入的是一个交流信号
因为AC的东西它是要跟频率相关的
我AC在1K的频率下10K的频率下
20K的频率下
它展现的频率特性是不一样的
它的阻抗值和相位值都是不一样的
所以呢在这个地方
我们是一般测试测它的频率呢
会挑一个不会对人耳产生干扰的
不会对人耳产生一些影响的
因为我刚才也提到人耳
其实正常的能接受的范围
我们通常都认为都是 20k
但其实绝大多数人的话
可能对高频也没有那么敏感
因此我们就是挑了一个频率19K
比较接近20K这样一个范围
比较接近20k这样一个频率来进行测
其实测出这样一个频率的话
就是给它注入一个19K的正弦信号
那我知道我这个注入信号的幅值
那然后我再去测这样一个
电流信号在负载上产生的电压信号
那这个电压信号除以我的电流信号
这应该就是我的阻抗的值
包括阻抗的幅值
还有阻抗的相位值
都可以通过测量然后进行算得出来
那如果我测完了之后
先执行 AC 诊断的命令
测完了之后的话
它的波形大体就是长这个样子
跟我们刚才看 DC 的时候
是不太一样的
在 AC 的时候的话
它其实会有一连串的这种
交流的信号在波形上能够看得到
如果说 AC 信号到最后测完了
我们相应的
也是会有一些寄存器来进行汇报
那这地方会有三个寄存器
就是我们刚才提到了
AC的东西它除了有阻抗
它还会有相位值
阻抗我们用了一个寄存器来表示
相位的话是用两个寄存器来表示
读取这些寄存器的值
再按一定的公式进行计算
就可以推算出我现在的阻抗
和相位值分别是多少
那我们看一下一个实际的例子
可以给大家做一下参考
那在这张图上就是右手边是 woofer
一个是 tweeter
woofer 一般都是在低频的时候
阻抗特性比较好
那 tweeter 是在高频特性
那在左边这个图呢
就是他的一个 AP 的
一个真实的测量的信号
绿线呢是我的 woofer
那个红线呢是我的 tweeter
那我两个喇叭有的时候会并到一起
并到一起的情况下
它会产生蓝色的那个那条线
那并联之后它的阻抗会变低
如果说根据我们刚才说的
就是我们在测试的时候
是挑输入信号的频率是19K
那我不同的频率下
那个阻抗是不一样的
根据这个 AP 的测量
这个测量仪器测的话
大家可以看到
假设只有 woofer 的时候
他的测出来的19K那条线
跟我那个阻抗的线的交点
大家可以看到是比较接近20
这个十九点多这样一个欧姆的值
那如果说 tweeter 跟 woofer 并联在一起
蓝色那根线的话大约就是在七点多欧姆
那这一页的话就是我们 642 系列的
642x 系列的 classD
这个高性能的classD
它的一个实际的测量的结果
如果我 woofer 跟 tweeter 并联起来的话
我们根据实际的计算
我加在第四个通道上
我发现量出来的
它的这个阻抗值就是 7.34 欧姆
如果说我只有 woofer 的话
它的阻抗值大约就是在18点多
就是回过头来跟我们刚才
在这条线上看到的就是比较接近的
就是一个只有woofer 是 8.5
woofer + tweeter 的就是 7.3
那其实也可以看得出我们
这个芯片在进行
阻抗测量的时候的一个优势了
介绍完了第二个技术优点
就是我们完成了负载诊断功能
我们再介绍一下
第三个技术优势
就是我们的更高的开关频率
那么在传统的音频设计当中
就是 400k 可以会相对来讲用的多一些
那为什么也是有原因的
就是我下一页刚好会有
就是跟我们那种传统的 AM FM
这个这种收音机也是有一定的关系
就是 AM 的中波段
大约在500多K到1.8兆
那我再去选中开关频率的时候
我的开关频率其实是
如果跟我的这种调频
跟我的调幅的频率比较接近的话
会影响到我这样一个调幅的效果
就会带来一些干扰的
这种频率的东西在时域上是叠加
但是在频域上都可以分解开来
所以你是 400k 跟 500k 的话
如果说频域刚好又叠加到一起
如果说这种开关频率
跟我调幅的频率叠加到一起
这种从频域的角度
也是比较难把它给分解出来
所以一般对这种频率的选择
都是要会错开一点
所以传统的呢 400k 会大一点
但如果说是选 400k 的开关频率
如果为网友或者是观众
做过这些 DCDC 的设计
或者 classD 的设计
应该也都能够了解我的开关频率
如果选的比较低的话
它对相同的纹波
在相同纹波要求的情况下
它对电感和电容的要求就会大一些
它要感值更大
那产生的电流纹波才会越小
它容值越大
产生的电压纹波才会越小
那如果说我用
2.1M 的开关频率来进行做的话
那其实我是开关频率做高了
那每次开的时间会更短
关的时间也会更短
那这种情况下其实
电流的纹波和电压的纹波
都相对来讲会小更多
所以我们从选择电感的角度的话
我可以选一个更小的电感
来实现相同的一个纹波的参数
那我在这边也放了一张图
可以很直观地对比出我们同样的产品
我用 400K 和用 2.1M 开关频率
我选择电感的尺寸的一个差别
肉眼对比还是比较直观的
那选了一个 2.1
如果要选用 2.1M 的话
我得电感可以选择更小的
PCB 的 size 都可以做的更小
所以在下面这张图
我们也是有从系统的角度来进行比对
我看一下就是传统的
400K 的 size 有多大
然后如果说我们选用642系列的
这种 2.1M 的开关频率来做的话
我的整个的系统的面积会缩小 75%
那我们如果说把这个 2 通道的
class D 就是单面摆放
那电感一般是要四个电感
大家可以对这种 classD 的拓扑
如果不太清楚的
也可以去搜索一下看一看
对于这种差分的输出的
class D 要四个电感
如果是并联的一些方式
它可能会要求的电感的数量会更多一些
那如果只是正常情况下
两个通道就是四个电感
把四个电感跟芯片单面摆放的话
其实从图上我们可以看得到
面积会明显小很多
只有 5.4 平方厘米
大约就是 2×2.7 了
那这样的话对我这个整个系统的角度
从整个系统的角度来讲
PCB 的面积会省很多
成本这个各方面都会省很多
那我们这个地方
同时想要强调一下
就是 TI 的 642 系列
这是相当于是业界第一个汽车级的
能够支持 2.1M 开关频率的 class D
那有了这样一个优势的话
我们可以更大程度的
去帮助客户去简化整个系统的设计
让整个系统的 BOM
和 PCB 的 size 都会小很多
我们为什么选 2.1
这也同时也是有另一个原因
刚才说的是 400
那一般四百五百这种类型
都是叫 sub-AM Band
那更准确的叫 AM 的 middle wave
在中波频段
大家就可以去看一下
做 EMC 测试的时候
国际上比较主流的就是
大家follow共识性比较高的 CISPER25
CISPER25 这样一个 spec 里面定义的
对这种频段划分
主要关注哪些测量频段
对 AM 频段的话
分 low wave middle wave
和 short wave
长波段150K到300K
中波段就530K到1.8兆
如果是短波段呢就是5.9到6.2
那如果我们选的是2.1兆的开关频率
那我们从这个频率的角度来看的话
其实我2.1兆的开关频率
刚好就可以把它 AM Band 的给跳过去
同时我的三倍频一般像这种方波
大家如果还有印象
像这种方波信号做傅立叶分解的时候
它都是三倍频五倍频七倍频
这种类型 倍频会比较多了
所以他这种辐射值
也大多是在这些频点上
2.1 再往上 6.3
然后到五倍频 七倍频这样一些
如果选用2.1兆的开关频率
其实 AM Band 和那个
AM Band middle wave 和 short wave
刚好都不是在测试的频段范围之内
那这种情况下它其实是换句话说
就是对我系统当中
真正比较关心的其他的功能
我的没有太大的影响
我这个频段虽然也会有一定的辐射值
但是我这个辐射值
就是跟其他的频率相当于就是给错开了
错开了的话就不会对其他的
一些功能设备带来一个影响
那从客户做 EMC 的角度来讲的话
能够简化客户的 EMC 调试的时间
能够省出更多的精力来做更多的测试
好 那上面就是我今天视频
介绍的主要内容主要几个部分
法律法规框图以及我们
TI 的 D 类功率放大器
在该系统当中的一个应用
本次培训之后的材料和视频
都会在一周之后
上传到 TI 的 E2E 官方论坛
大家也比较感兴趣的话
可以去论坛上下载或者是观看
好 谢谢大家
刚才我们讲了一下 AVAS 系统它的一个主要的框图 那下面我们会重点讲一下 TI的D类功率放大器 如何在这样一个 AVAS 系统当中得以应用 那针对这个部分 我会分四个小点来跟大家进行讲解 首先就是讲一下 TI 能用在 AVAS 系统当中 主推的一些芯片是什么 那会给一个总览 就是看一下我们有哪些芯片 以及会给一下这些芯片的 one sheet 看一下我们这些芯片都有哪些特性 那紧接着我们会提炼出来 三个技术上的点来去分析一下 为什么我们的芯片这样去设计 提供了这样一些参数 能够在汽车的 AVAS 系统当中 帮助客户简化设计 帮助客户能提供更稳定的一个设计 首先是我们 TI 的 D 类功率放大器的 一个 Portfolio 给大家讲一下了 那其实 TI 的功率放大器非常多 这地方列的也并没有所有的都列出来 这地方我挑出来的 只是说我们在结合 spec 和结合实际的应用需求来讲 这几颗是比较合适的 那哪些 spec 比如就我刚才提到的 一般我们是 2 channel 或者是 1 channel居多 那我们有 4 channel 的功率放大器 那其实在这个地方用的话 就会有点大材小用 那比如说我现在的喇叭 一般是20瓦以下的 那 TI 其实还有蛮多的 50瓦60瓦70瓦向上的功率放大器 在这个地方也不是很合适 那所以呢我们这地方列出来了几颗芯片 也是在客户当中比较 比较得到客户认可的一些芯片 大体分为两类 一类是模拟输入的 class D 另一类就是数字输入的 class D 模拟输入的现在 我们有两款产品是比较合适 一个是 TAS5411 一个是 TAS5421 主要的差别就是说一个芯片是 8 瓦的 一个芯片是 22 瓦的 那具体取决于客户 要设计达到 spec 什么样子 我们会有不同的选择 对于数字输入的 class D 从我们刚才讲的框图的角度来看的话 大家应该可以明白 就是我可以少一颗 DAC 我这样板子可以 用更小的面积来进行设计 那直接 DSP 或 MCU 出来 I2S 信号 送到我的数字输入 class D 上 然后 class D 内部就 自己直接转换成功率驱动信号 去驱动外部的 speaker 那我们现在一颗 比较高性能芯片就是 TAS6422 后面我也会有比较多的 slice 去讲解这个芯片 它为什么会有算作是高性能 它的高性能高在哪些地方 同时我们还有两颗产品 TAS5760 和 5720A 这两款产品 目前已经快接近量产 在 TI 的网站上大家也可以搜索到 那这两颗产品它的优势是什么呢 就是两个芯片基本是接近于 P2P 的 所以有 1 channel 或者 2 channel 的设计需求的话 那其实有的时候可以做成一块板子 这两个芯片就已经是非常接近的 它的功率的话一个是小一点 15W 一个是 1 channel 的 15 瓦 一个是 2 channel 的 20 瓦 所以这种情况下 对客户有两个 channel 进行 P2P 设计要求的 会是一个可以选择的项了 这就是我刚才提到就是 one sheet 每个芯片的话它会有 有这样一些关键特性和它的应用 它的一些优势 给客户带来哪些便捷性的东西 在这地方会总的把它给展示出来 比如说我们模拟输入的 classD 5421 跟 5411 下一页就是 5411 了 那这两个其实也是属于 P2P 的 就是瓦数不一样 那它的优点是 classD 效率会比较高一些 一般在这种低在这种满载的时候 能达到 90% 以上的效率 同时它的一个静态电流也会比较小 它的输出的功率呢 可以在驱动四欧姆的喇叭的时候 可以有 22 瓦输出 那同时它还会具有一定的诊断的功能 因为它留出来了 I2C 的接口 那这个芯片呢 对去外面负载的一些短路开路 或者是有 DC 错误 这样一些故障的状态 都可以诊断的出来 那并且用 I2C 可以 跟 MCU 进行通信汇报给 MCU 负载诊断这地方我在后面会详细讲一下 结合一个芯片详细讲一下 我们芯片是怎么去做的 一般是又是怎么去汇报出来的 那再下一个特性就是 能支持 40V 的 load dump load dump 这个地方 我也会在后面重点列出来 就是在车厂为什么要有一个 load dump 包括一些过热的一个保护 还有它的工作电压 就是能到4.5伏到18伏 那如果说做过车载的 车载相关产品设计的这个观众的话 一般应该会也会比较清楚 车载它的电压的一个波动的范围 那是 9到16V比较常见 那有的时候可能会再往下 那我后面会有一个图的话 给出更详细的解释 也便于一些没做过车载的同事 或者是观众来了解一下 我们这样一些产品 我们在车载系统进行设计的时候 比较关注的东西 包括还有下面的一些差分的输入 能得到更高的信噪比 还有包括 EMC 的性能 包括 AEC-Q100 的认证 这些都是我们主要的卖点 那它的应用场合呢就是各种各样 ECHO TBOX 等 那这里还包括 当然也包括我们这里 在讲的 AVAS 的系统 那车辆的模拟引擎声音告警系统 那比较贴合他的 spec 需求 这里这一页呢就是 5411 它的一个 one sheet 那我刚才也提到了 这一个跟 5421 的话基本是 P2P 的 它呢是有本身的 22 瓦 spec 是压缩到了 8 瓦 这样的话可以满足客户 对不同的设备不同的性能的一个要求 你可以做一块 PCB 然后你根据不同的应用需求 你分别贴不同的芯片 那这样的话从客户的角度 是节省开发时间 也是节省开发的成本的 这一页呢是 TAS6422 这是我刚才提到了 这是一个属于比较高性能的一个芯片 它的最大的输出瓦数可能是到75瓦 它是要用25伏去供电的时候 那其实如果在车载直接接电池的话 肯定是不会有25伏 所以它会如果要 用在大功率的应用场合下的话 它一般是用一个boost 那在 AVAS 系统当中 其实是不需要用这么大的功率 那就直接车载的电池的电 就给他去供电就好了 如果是 4 欧的喇叭就是2×27瓦 两欧姆的喇叭就是45瓦 那这个呢其实也是取决于客户的需求 它的功率数 它的喇叭的欧姆数分别是多少 那其实这个芯片呢 会给客户有足够的buffer来进行设计 那同时呢它还会有一个 比较高的开关频率 我在后面也会提到 我们的三个主要的特性 他的工作的电压 大家也可以看得到 本身是前一颗芯片会到 18 这一颗芯片我们的正常 工作电压会能够到26伏 这个芯片也能支持 40 伏的 load dump 包括诊断的功能 包括 I2C 的负载诊断 那它的诊断呢 其实比本身的5411 5421又会更强一些 它除了支持我的short或者open 一些DC状态下的负载的一些特性的诊断 都还能支持它的AC 就是我的负载的喇叭 它到底是几欧姆 那这个部分后面我也会提到 先给大家提前做一下介绍 这一颗芯片5760跟后面的5720 就是我们现在下面 即将要推出来的两款产品 在 TI 的网站上 大家也可以看得到一些初步的资料 那这两颗的话也是 能够适应一个新的应用需求 这颗芯片的话 因为我们刚才提到了 就是说能够支持 load dump load dump 的波形 我在后面会去跟大家去分享一下 load dump 的话 他为什么有这样一个 load dump 是因为在 12 伏的系统当中 它因为 starter 是包括电动机之类的 一些比较大功率的负载会挂在上面 那其实以后如果是做这种 纯电动的汽车或者是48伏的系统 那种 starter 有的时候不会挂在 挂在这个十二伏的电池侧 他会可能是挂在48伏侧 或者是挂到高压那边直接就去做驱动 相对来讲会它的12伏的电源会稳一些 所以不会有那么强的一个 那么大的一个范围的波动 那其实这种情况下的话 就26.4伏也是能够正常进行工作的 那这个芯片相当于推出来的话 就是做一个642相对来讲会高性能一点 那这颗芯片的话相对来讲 它会做一个低性能一点的 cost down 的一些设计 这个是 5720 就是小功率一点的 那回到这一页 就是我刚才也提前跟大家说了一下 就是说车载系统来讲的话 它的设计在输入电源来讲 是相对来讲要比较复杂一点的 跟我们正常在实验室里拿到的一些 DC source 还是不太一样 你 DC source 设个 12V 那就是个 12V 那 24V 就是 24V 但是在这种车载当中 因为我的负载挂的东西比较多 整个传统的燃油车上 或者说是这种插电强混的车上 因为它有电机 它会有一些12伏的东西在里边 12伏的电机 大功率的东西会挂在上面 所以传统的这种 车载应用在进行设计的时候 他会考虑它的输入的 电源的波动范围是比较大的 正常工作电压比如说在14伏 那在打火的时候 在就是说我瞬间打火起来的时候 它的电池电压 因为他要用电池来带动我的 starter 进行工作 它会瞬间抽取 甚至是好几百个安培的一个电流 它会把电池电压迅速拉得非常低 那根据最新的16750的spec 它其实在 start up 的时候 都甚至有可能会低到三伏 在这种极端的情况下 那如果说做国内的一些车厂的项目的话 大家可能也会拿到 各个车厂不同的 spec 那不同的车型甚至会有不一样的需求 那他比较常见的就是在这种低压的时候 有可能就会低到 4.5 伏到 6 伏 如果说假设车场给的 spec 是 4.5 伏这样一个系统的话 那就是要求我这个在低压的时候 你 4.5 伏这个系统也还是要能够工作 那这是往低压里去讲 讲低压的就是他最低可能会低到4.5 如果是从高压这个角度的话 如果我发生 load dump 的情况 就是你本身电池是挂在我这个跟电机 还有这些所有的设备 都挂在这个12伏的系统当中 如果你突然一个大功率的负载 从我这个电池上就脱落了 那这种情况下 我一下子一个大的负载没了 那它大家可以想象的到 就是说它的电压 可能会瞬间会冲上去比较高 那这种情况下 他如果说不加任何的这种 不加任何的限制的话 它的最高的电压 甚至可以到一两百伏甚至更高 但是对车载的应用来讲的话 它更多的其实会有这样一个限制条件 把这个电压能够压下来 并不会让它电压冲那么高 那按照这个16750 spec 它其实对这种12伏的系统的话 它能够把这个电池电压 钳位在三十五伏以下 所以对我们在设计这个 AVAS 系统的时候 它这个真实的这个系统能看到的电压的话 也就差不多是35伏 所以我们如果说结合低压结合高压 它最低到 4.5V 最高的 35 伏 那我们这样一颗芯片 在挂到这样一个电池负载上的时候 他就要求这个芯片 它能够要有一个更高的一个工作范围 像 6422 呢这颗芯片的话 它就是满有这样一个特性 它有最低能到 4.5 最高能到 26.4 伏 那就是这种正常的工作状态下 都不会有任何问题 那他同时还能够支持 40V 的 load dump 所以就是真有发现 有这种 load dump 的情况发生 按这种 spec 来讲的话 你能会到 45 伏 那这个芯片其实也是 能够耐受得住这样一个高压的 并不会说就会损坏 这样的话对客户来进行设计的时候 就会简化客户的设计 否则的话客户可能要在 比如说挑那一颗耐压 会低一点的十几伏的芯片 或者二十几伏的芯片 等发现 load dump 的时候 那大家可能会想象得到 就是要在前面去加这样一个tvs来进行限压 或者就是说我先把电压转一下 经过一个DCDC稳定了 转成一个稳定的电压 再给这个功放来进行进行供电 那由前面的DCDC来承担这样一个高压 那还有第四点就是我刚才说到的 就是对一些纯电动汽车 或者是48伏的系统来讲 这种 starter 有的时候 就不一定挂在这个 12 伏侧 所以相对来讲 以后 十二伏的电池 它的波形会更干净一些 那有的就可能就不需要 这么高的一个输入电压的范围 那我们的5760和5720这两个芯片的话 相对来讲也就是可以拿出来 来做一个参考 可以进行选型的一个选项 关于这种更宽的输入电压 我相信可能也有部分观众 和网友是比较感兴趣了 我刚才提到了包括16750这样一些spec 那其实包括还有7637这样一个spec 那在TI的话也有一些 在线的培训视频 或者是 TI design 来进行更详细的讲解 我在这个视频当中就不展开去谈太多 我是提供了链接给到大家 如果说大家对这两个点 对这个点刚好也比较感兴趣的话 可以去搜一下我们的 TI design TIDA00699 或者是一个在线培训的视频 7637 的standard 和 solution 相关的一个培训视频 可以去看一下 会有更详细的讲解 他的这些是怎么去测的 所以 OK 到下一页 我们刚才提到的 第二个技术上的点 就是我的负载诊断的一些功能 负载诊断根据车厂的要求 其实从 TI 这个角度大体也会分成两类了 一个是 DC 的负载诊断 一个是 AC 的负载诊断 DC 的话就是比如是不是发生了 这种就是一直真实存在的一种 一直持续存在的 跟频率没有太大关系 就是短路到电池或地 或者是这个负载就脱落了 这个speaker在这种颠簸的状况下 跟你的power就已经完全脱落了 或者说我这个speaker 他如果是这种两根线接过去的 差分信号接过去的 那这两根线之间是不是有短路了 那这个speaker就看不到电压 得不到驱动的功率了 那这种是几大类 还有一种是就是AC的负载诊断 AC的就是我的阻抗是多少 对一些传统的这种 implement 或者是外部功放这样一些应用来讲 他们是要做一些具体的 阻抗的一个诊断 它会有一个 DC 负载 会有一个低频的这种 woofer 和一个高频的喇叭 两个并联起来去进行使用 那他会对阻抗有一些 比较严格的要求 在车厂车间进行组装和测试的时候 它也会要看一下 我装上去这个喇叭是不是对的 我这样就可以去测这个 喇叭的值是对的的话 那说明我这个组装也就是没有问题的 也是从产线这个角度的话 帮助车厂的一些测试进行简化 关于负载诊断 其实我们也是有这样 一些分立的方案去做的 那当然我待会讲的这个是 是六四系列的或者是五四系列的 我们会把这种诊断集成到芯片里边去 如果说对一些传统的功放 老一点的功放 是没有这样一个诊断的功能 其实 TI 也有一些应用笔记来讲一讲 对这种外部功放的话如何进行诊断 我这地方也贴出来这个应用笔记的名字 以及它相应的链接 如果客户比较感兴趣 不希望用这种集成的方案 想用低成本一些分立的方案来做的话 也可以参考这样的应用笔记 感兴趣的网友或者是观众 对这种更详细的负载诊断 从原理上怎么去实现的 也可以去搜索一下 这篇 application note 学习一下 那下面我会讲一下 对于我们芯片集成的芯片来讲 内部电路上是怎么来实现的 对 6422 这颗芯片来讲的话 其实 output N 跟 output P 这两个脚的话 就是直接的一个功率输出脚 那我们其实会有类似于 DCDC 一样的上管和下管了 上管和下管然后再加上一个电感 再加电容那就跟一个 DCDC 是比较接近的 它有两路 一个output P 一个 output N 这两个的话产生一个 反向的一个信号的话 其实是用来就刚好做这种 speaker 的驱动 从这个 speaker 这个角度 他能看到的一个正弦波 但DCDC相当于就是稳压了 所以 class D 从本身上 从客户角度来讲的话 跟 DCDC 是比较接近的 但是在这张图上 就没有把 DCDC 那个上下管给画进去 这地方更多的是想跟观众分享一下 我们从芯片的角度 来怎么来做这样一个诊断 芯片如果想实现这样一个诊断的话 他内部要除了最基本的驱动电路 还要辅助的一些电路 那从这个这张图我们可以看得出来 就是我们其实在芯片内部 会有比较多的一个模拟开关 也会有一定得信号源 也会有一定 有 ADC 那其实就是相当于 从把外部的一些东西 全部集成到芯片内部来做 那如果要做这种short to power 或者是 short to ground 的 一个诊断的话 其实我们在芯片内部会有一定的时序 你点了这样一个测试的命令之后 这个芯片呢它会把 S1 S2 这两个开关把它给闭合 S3 把它给断开 那这种情况下呢 我芯片内部会产生一个 二分之一 VDD 的一个电压 通过一个 buffer 送出去 那假设外部的话没有发生电源短路 或者是接地短路这样一个错误 那其实这是一种正常的状态 那外部其实理论上看到的 这个引脚上就应该是 二分之一 VDD 这样一个电压 那这再用两根线把它再给引回来 那经过一个 buffer 再重新送到 ADC 这边把它采样 那这个 ADC 采样采这个电压之后 看一下我进行计算之后的值 看一下这两个引脚上它的电压 是不是 二分之一 VDD 或者是不是在二分之一 VDD 上下一定的范围之内 如果是的话 那说明我这个芯片 应该是一种正常的状态 并没有发生电源短路或接地短路 如果你发生接地短路 那这个地方是一个强下拉的源拉到地 那这个引角上肯定是一个零电平 如果短路到电源那就是9到16伏 这样一个电压范围 那这种情况下 ADC采样回来的话 就是超过了芯片内部本身的限制的话 那它就会报这样一个错误出来 那刚才的一个动作呢 是电源短路和接地短路进行区分 还有一种负载 还有一类负载诊断的类型是 open load 或者 short load 就是我的 speaker 因为长期的颠簸会不会有可能有脱落 或者是我的两根线是不是有磨损了 然后碰到了一起去了 那这样的话芯片肯定是都是没有 这个 speaker 肯定都是没有声音的 所以这种情况下的话 我们芯片再怎么对他进行诊断的 就是我会把刚才的S1开关把它给断开 那我去用 S3 开关把它给闭合 S2 也是闭合的 那这种情况下的话 我会从DAC去送这样一个信号过去 然后呢去诊断一下 我这样一个 还是去通过 从 DAC 先给信号出去 然后还是用ADC来进行采样 采这样一个电压 如果说是 open load 的话 我给了一个DAC的 大家要注意一下 这地方我们给出去的 其实是一个电流的信号 而不是一个电压的信号 如果给出去一个电流的信号 然后外面又是 open load 相当于就是一个完全的空负载的状态下 相当于是一个阻抗无穷大 那这种情况下采集到的电压呢 是相当于就是 能够达到我芯片的一个最大值了 它就会顶到 我这个芯片的供电的上限 那可能就是3.3伏 或者是如果是 short load 外面就是相当于就是零电平 你给一个电流信号 然后流入到一个零欧姆的电阻上 那相当于就是也是没有压差的 那这种情况下 ADC 再对这P和N两个引脚 差的电压进行采样进行计算的时候 我就可以看到 如果说我一个正常的负载 两欧姆四欧姆八欧姆的负载接在上面 那我给他送入一个20毫安的电流信号 我能采得到一个正常的一个电压值 那如果我是 open load 阻抗无穷大或者是short load 阻抗只有零那这种情况下 我一个电流源信号给出去的话 它在这两个引脚之间 产生的电压就是不对的 所以呢它就是根据这样一个机制 来再来判断一下open load 和short load的状态 那从这张波形 是一个完整的一个正常的 DC 负载诊断的一个波形 有假设我们这个芯片 我们有同系列的芯片是 四个通道的 6424 那这张波形呢放的是 那这张波形呢放的是 6424 四个通道来进行诊断的 如果是 6422 就是两个波形 两个通道我在进行诊断 那 6424 的话 它相当于我们可以看到 前面会有四个小的尖脉冲 那就是做 short power 和 short battery 的一个诊断 那后面四个大的脉冲 那就是做 open load 和 short load 的诊断 如果诊断没有错误的话 那到最后几个通道就会同时会打开 在 PWM 上就是在我的引脚上 会产生非常多的PWM信号 再经过 LC filter 对它进行滤波 就得到我正常的一个音频的信号 如果说有错误的话 就是我们会有这样一个寄存器 就是芯片自己去做诊断 你给他一个命令 他自己去做诊断 如果说发现了有错误的话 那么我们会有这样一个寄存器会报出来 所以客户如果在用 这样一款芯片在进行设计的时候 那流程就是我发命令 写软件代码的流程 我发命令出去 然后等待一段时间 等它正常的一个负载诊断的时间结束之后 我就要去读这样一个寄存器 如果说所有的都是零 没有任何的错误的话 那就是一种正常的工作状态 可以产生相应的一些信号 如果说发生了那某个通道有错误的话 那这种情况就是要把这个错误 给汇报给驾驶员汇报给车辆系统 我们刚才提到的就是 open load short load short battery short power 是四大类型的负载错误 那是 DC 相关的 还有一种就是 AC 的诊断 就是我刚才提到的 我们要测一下他的真实的阻抗是多少 就是如果要测它的阻抗 AC 的它更多的是要跟频率相关的 所以我们在做 AC 负载诊断的时候 你要去测这个频 要去测这个阻抗 方法类似于我们刚才说的 DC open load 和 short load 的 一个诊断方式 就是往我这个负载上去注入信号 然后再测量信号 那只是这个地方差别是什么 这个是注入的是一个交流信号 因为AC的东西它是要跟频率相关的 我AC在1K的频率下10K的频率下 20K的频率下 它展现的频率特性是不一样的 它的阻抗值和相位值都是不一样的 所以呢在这个地方 我们是一般测试测它的频率呢 会挑一个不会对人耳产生干扰的 不会对人耳产生一些影响的 因为我刚才也提到人耳 其实正常的能接受的范围 我们通常都认为都是 20k 但其实绝大多数人的话 可能对高频也没有那么敏感 因此我们就是挑了一个频率19K 比较接近20K这样一个范围 比较接近20k这样一个频率来进行测 其实测出这样一个频率的话 就是给它注入一个19K的正弦信号 那我知道我这个注入信号的幅值 那然后我再去测这样一个 电流信号在负载上产生的电压信号 那这个电压信号除以我的电流信号 这应该就是我的阻抗的值 包括阻抗的幅值 还有阻抗的相位值 都可以通过测量然后进行算得出来 那如果我测完了之后 先执行 AC 诊断的命令 测完了之后的话 它的波形大体就是长这个样子 跟我们刚才看 DC 的时候 是不太一样的 在 AC 的时候的话 它其实会有一连串的这种 交流的信号在波形上能够看得到 如果说 AC 信号到最后测完了 我们相应的 也是会有一些寄存器来进行汇报 那这地方会有三个寄存器 就是我们刚才提到了 AC的东西它除了有阻抗 它还会有相位值 阻抗我们用了一个寄存器来表示 相位的话是用两个寄存器来表示 读取这些寄存器的值 再按一定的公式进行计算 就可以推算出我现在的阻抗 和相位值分别是多少 那我们看一下一个实际的例子 可以给大家做一下参考 那在这张图上就是右手边是 woofer 一个是 tweeter woofer 一般都是在低频的时候 阻抗特性比较好 那 tweeter 是在高频特性 那在左边这个图呢 就是他的一个 AP 的 一个真实的测量的信号 绿线呢是我的 woofer 那个红线呢是我的 tweeter 那我两个喇叭有的时候会并到一起 并到一起的情况下 它会产生蓝色的那个那条线 那并联之后它的阻抗会变低 如果说根据我们刚才说的 就是我们在测试的时候 是挑输入信号的频率是19K 那我不同的频率下 那个阻抗是不一样的 根据这个 AP 的测量 这个测量仪器测的话 大家可以看到 假设只有 woofer 的时候 他的测出来的19K那条线 跟我那个阻抗的线的交点 大家可以看到是比较接近20 这个十九点多这样一个欧姆的值 那如果说 tweeter 跟 woofer 并联在一起 蓝色那根线的话大约就是在七点多欧姆 那这一页的话就是我们 642 系列的 642x 系列的 classD 这个高性能的classD 它的一个实际的测量的结果 如果我 woofer 跟 tweeter 并联起来的话 我们根据实际的计算 我加在第四个通道上 我发现量出来的 它的这个阻抗值就是 7.34 欧姆 如果说我只有 woofer 的话 它的阻抗值大约就是在18点多 就是回过头来跟我们刚才 在这条线上看到的就是比较接近的 就是一个只有woofer 是 8.5 woofer + tweeter 的就是 7.3 那其实也可以看得出我们 这个芯片在进行 阻抗测量的时候的一个优势了 介绍完了第二个技术优点 就是我们完成了负载诊断功能 我们再介绍一下 第三个技术优势 就是我们的更高的开关频率 那么在传统的音频设计当中 就是 400k 可以会相对来讲用的多一些 那为什么也是有原因的 就是我下一页刚好会有 就是跟我们那种传统的 AM FM 这个这种收音机也是有一定的关系 就是 AM 的中波段 大约在500多K到1.8兆 那我再去选中开关频率的时候 我的开关频率其实是 如果跟我的这种调频 跟我的调幅的频率比较接近的话 会影响到我这样一个调幅的效果 就会带来一些干扰的 这种频率的东西在时域上是叠加 但是在频域上都可以分解开来 所以你是 400k 跟 500k 的话 如果说频域刚好又叠加到一起 如果说这种开关频率 跟我调幅的频率叠加到一起 这种从频域的角度 也是比较难把它给分解出来 所以一般对这种频率的选择 都是要会错开一点 所以传统的呢 400k 会大一点 但如果说是选 400k 的开关频率 如果为网友或者是观众 做过这些 DCDC 的设计 或者 classD 的设计 应该也都能够了解我的开关频率 如果选的比较低的话 它对相同的纹波 在相同纹波要求的情况下 它对电感和电容的要求就会大一些 它要感值更大 那产生的电流纹波才会越小 它容值越大 产生的电压纹波才会越小 那如果说我用 2.1M 的开关频率来进行做的话 那其实我是开关频率做高了 那每次开的时间会更短 关的时间也会更短 那这种情况下其实 电流的纹波和电压的纹波 都相对来讲会小更多 所以我们从选择电感的角度的话 我可以选一个更小的电感 来实现相同的一个纹波的参数 那我在这边也放了一张图 可以很直观地对比出我们同样的产品 我用 400K 和用 2.1M 开关频率 我选择电感的尺寸的一个差别 肉眼对比还是比较直观的 那选了一个 2.1 如果要选用 2.1M 的话 我得电感可以选择更小的 PCB 的 size 都可以做的更小 所以在下面这张图 我们也是有从系统的角度来进行比对 我看一下就是传统的 400K 的 size 有多大 然后如果说我们选用642系列的 这种 2.1M 的开关频率来做的话 我的整个的系统的面积会缩小 75% 那我们如果说把这个 2 通道的 class D 就是单面摆放 那电感一般是要四个电感 大家可以对这种 classD 的拓扑 如果不太清楚的 也可以去搜索一下看一看 对于这种差分的输出的 class D 要四个电感 如果是并联的一些方式 它可能会要求的电感的数量会更多一些 那如果只是正常情况下 两个通道就是四个电感 把四个电感跟芯片单面摆放的话 其实从图上我们可以看得到 面积会明显小很多 只有 5.4 平方厘米 大约就是 2×2.7 了 那这样的话对我这个整个系统的角度 从整个系统的角度来讲 PCB 的面积会省很多 成本这个各方面都会省很多 那我们这个地方 同时想要强调一下 就是 TI 的 642 系列 这是相当于是业界第一个汽车级的 能够支持 2.1M 开关频率的 class D 那有了这样一个优势的话 我们可以更大程度的 去帮助客户去简化整个系统的设计 让整个系统的 BOM 和 PCB 的 size 都会小很多 我们为什么选 2.1 这也同时也是有另一个原因 刚才说的是 400 那一般四百五百这种类型 都是叫 sub-AM Band 那更准确的叫 AM 的 middle wave 在中波频段 大家就可以去看一下 做 EMC 测试的时候 国际上比较主流的就是 大家follow共识性比较高的 CISPER25 CISPER25 这样一个 spec 里面定义的 对这种频段划分 主要关注哪些测量频段 对 AM 频段的话 分 low wave middle wave 和 short wave 长波段150K到300K 中波段就530K到1.8兆 如果是短波段呢就是5.9到6.2 那如果我们选的是2.1兆的开关频率 那我们从这个频率的角度来看的话 其实我2.1兆的开关频率 刚好就可以把它 AM Band 的给跳过去 同时我的三倍频一般像这种方波 大家如果还有印象 像这种方波信号做傅立叶分解的时候 它都是三倍频五倍频七倍频 这种类型 倍频会比较多了 所以他这种辐射值 也大多是在这些频点上 2.1 再往上 6.3 然后到五倍频 七倍频这样一些 如果选用2.1兆的开关频率 其实 AM Band 和那个 AM Band middle wave 和 short wave 刚好都不是在测试的频段范围之内 那这种情况下它其实是换句话说 就是对我系统当中 真正比较关心的其他的功能 我的没有太大的影响 我这个频段虽然也会有一定的辐射值 但是我这个辐射值 就是跟其他的频率相当于就是给错开了 错开了的话就不会对其他的 一些功能设备带来一个影响 那从客户做 EMC 的角度来讲的话 能够简化客户的 EMC 调试的时间 能够省出更多的精力来做更多的测试 好 那上面就是我今天视频 介绍的主要内容主要几个部分 法律法规框图以及我们 TI 的 D 类功率放大器 在该系统当中的一个应用 本次培训之后的材料和视频 都会在一周之后 上传到 TI 的 E2E 官方论坛 大家也比较感兴趣的话 可以去论坛上下载或者是观看 好 谢谢大家
刚才我们讲了一下
AVAS 系统它的一个主要的框图
那下面我们会重点讲一下
TI的D类功率放大器
如何在这样一个 AVAS 系统当中得以应用
那针对这个部分
我会分四个小点来跟大家进行讲解
首先就是讲一下
TI 能用在 AVAS 系统当中
主推的一些芯片是什么
那会给一个总览
就是看一下我们有哪些芯片
以及会给一下这些芯片的 one sheet
看一下我们这些芯片都有哪些特性
那紧接着我们会提炼出来
三个技术上的点来去分析一下
为什么我们的芯片这样去设计
提供了这样一些参数
能够在汽车的 AVAS 系统当中
帮助客户简化设计
帮助客户能提供更稳定的一个设计
首先是我们 TI 的 D 类功率放大器的
一个 Portfolio 给大家讲一下了
那其实 TI 的功率放大器非常多
这地方列的也并没有所有的都列出来
这地方我挑出来的
只是说我们在结合 spec
和结合实际的应用需求来讲
这几颗是比较合适的
那哪些 spec 比如就我刚才提到的
一般我们是 2 channel
或者是 1 channel居多
那我们有 4 channel 的功率放大器
那其实在这个地方用的话
就会有点大材小用
那比如说我现在的喇叭
一般是20瓦以下的
那 TI 其实还有蛮多的
50瓦60瓦70瓦向上的功率放大器
在这个地方也不是很合适
那所以呢我们这地方列出来了几颗芯片
也是在客户当中比较
比较得到客户认可的一些芯片
大体分为两类
一类是模拟输入的 class D
另一类就是数字输入的 class D
模拟输入的现在
我们有两款产品是比较合适
一个是 TAS5411
一个是 TAS5421
主要的差别就是说一个芯片是 8 瓦的
一个芯片是 22 瓦的
那具体取决于客户
要设计达到 spec 什么样子
我们会有不同的选择
对于数字输入的 class D
从我们刚才讲的框图的角度来看的话
大家应该可以明白
就是我可以少一颗 DAC
我这样板子可以
用更小的面积来进行设计
那直接 DSP 或 MCU 出来 I2S 信号
送到我的数字输入 class D 上
然后 class D 内部就
自己直接转换成功率驱动信号
去驱动外部的 speaker
那我们现在一颗
比较高性能芯片就是 TAS6422
后面我也会有比较多的
slice 去讲解这个芯片
它为什么会有算作是高性能
它的高性能高在哪些地方
同时我们还有两颗产品
TAS5760 和 5720A 这两款产品
目前已经快接近量产
在 TI 的网站上大家也可以搜索到
那这两颗产品它的优势是什么呢
就是两个芯片基本是接近于 P2P 的
所以有 1 channel
或者 2 channel 的设计需求的话
那其实有的时候可以做成一块板子
这两个芯片就已经是非常接近的
它的功率的话一个是小一点 15W
一个是 1 channel 的 15 瓦
一个是 2 channel 的 20 瓦
所以这种情况下
对客户有两个 channel
进行 P2P 设计要求的
会是一个可以选择的项了
这就是我刚才提到就是 one sheet
每个芯片的话它会有
有这样一些关键特性和它的应用
它的一些优势
给客户带来哪些便捷性的东西
在这地方会总的把它给展示出来
比如说我们模拟输入的 classD
5421 跟 5411
下一页就是 5411 了
那这两个其实也是属于 P2P 的
就是瓦数不一样
那它的优点是 classD
效率会比较高一些
一般在这种低在这种满载的时候
能达到 90% 以上的效率
同时它的一个静态电流也会比较小
它的输出的功率呢
可以在驱动四欧姆的喇叭的时候
可以有 22 瓦输出
那同时它还会具有一定的诊断的功能
因为它留出来了 I2C 的接口
那这个芯片呢
对去外面负载的一些短路开路
或者是有 DC 错误
这样一些故障的状态
都可以诊断的出来
那并且用 I2C 可以
跟 MCU 进行通信汇报给 MCU
负载诊断这地方我在后面会详细讲一下
结合一个芯片详细讲一下
我们芯片是怎么去做的
一般是又是怎么去汇报出来的
那再下一个特性就是
能支持 40V 的 load dump
load dump 这个地方
我也会在后面重点列出来
就是在车厂为什么要有一个 load dump
包括一些过热的一个保护
还有它的工作电压
就是能到4.5伏到18伏
那如果说做过车载的
车载相关产品设计的这个观众的话
一般应该会也会比较清楚
车载它的电压的一个波动的范围
那是 9到16V比较常见
那有的时候可能会再往下
那我后面会有一个图的话
给出更详细的解释
也便于一些没做过车载的同事
或者是观众来了解一下
我们这样一些产品
我们在车载系统进行设计的时候
比较关注的东西
包括还有下面的一些差分的输入
能得到更高的信噪比
还有包括 EMC 的性能
包括 AEC-Q100 的认证
这些都是我们主要的卖点
那它的应用场合呢就是各种各样
ECHO TBOX 等
那这里还包括
当然也包括我们这里
在讲的 AVAS 的系统
那车辆的模拟引擎声音告警系统
那比较贴合他的 spec 需求
这里这一页呢就是
5411 它的一个 one sheet
那我刚才也提到了
这一个跟 5421 的话基本是 P2P 的
它呢是有本身的 22 瓦
spec 是压缩到了 8 瓦
这样的话可以满足客户
对不同的设备不同的性能的一个要求
你可以做一块 PCB
然后你根据不同的应用需求
你分别贴不同的芯片
那这样的话从客户的角度
是节省开发时间
也是节省开发的成本的
这一页呢是 TAS6422
这是我刚才提到了
这是一个属于比较高性能的一个芯片
它的最大的输出瓦数可能是到75瓦
它是要用25伏去供电的时候
那其实如果在车载直接接电池的话
肯定是不会有25伏
所以它会如果要
用在大功率的应用场合下的话
它一般是用一个boost
那在 AVAS 系统当中
其实是不需要用这么大的功率
那就直接车载的电池的电
就给他去供电就好了
如果是 4 欧的喇叭就是2×27瓦
两欧姆的喇叭就是45瓦
那这个呢其实也是取决于客户的需求
它的功率数
它的喇叭的欧姆数分别是多少
那其实这个芯片呢
会给客户有足够的buffer来进行设计
那同时呢它还会有一个
比较高的开关频率
我在后面也会提到
我们的三个主要的特性
他的工作的电压
大家也可以看得到
本身是前一颗芯片会到 18
这一颗芯片我们的正常
工作电压会能够到26伏
这个芯片也能支持 40 伏的 load dump
包括诊断的功能
包括 I2C 的负载诊断
那它的诊断呢
其实比本身的5411 5421又会更强一些
它除了支持我的short或者open
一些DC状态下的负载的一些特性的诊断
都还能支持它的AC
就是我的负载的喇叭
它到底是几欧姆
那这个部分后面我也会提到
先给大家提前做一下介绍
这一颗芯片5760跟后面的5720
就是我们现在下面
即将要推出来的两款产品
在 TI 的网站上
大家也可以看得到一些初步的资料
那这两颗的话也是
能够适应一个新的应用需求
这颗芯片的话
因为我们刚才提到了
就是说能够支持 load dump
load dump 的波形
我在后面会去跟大家去分享一下
load dump 的话
他为什么有这样一个 load dump
是因为在 12 伏的系统当中
它因为 starter 是包括电动机之类的
一些比较大功率的负载会挂在上面
那其实以后如果是做这种
纯电动的汽车或者是48伏的系统
那种 starter 有的时候不会挂在
挂在这个十二伏的电池侧
他会可能是挂在48伏侧
或者是挂到高压那边直接就去做驱动
相对来讲会它的12伏的电源会稳一些
所以不会有那么强的一个
那么大的一个范围的波动
那其实这种情况下的话
就26.4伏也是能够正常进行工作的
那这个芯片相当于推出来的话
就是做一个642相对来讲会高性能一点
那这颗芯片的话相对来讲
它会做一个低性能一点的
cost down 的一些设计
这个是 5720 就是小功率一点的
那回到这一页
就是我刚才也提前跟大家说了一下
就是说车载系统来讲的话
它的设计在输入电源来讲
是相对来讲要比较复杂一点的
跟我们正常在实验室里拿到的一些
DC source 还是不太一样
你 DC source 设个 12V
那就是个 12V
那 24V 就是 24V
但是在这种车载当中
因为我的负载挂的东西比较多
整个传统的燃油车上
或者说是这种插电强混的车上
因为它有电机
它会有一些12伏的东西在里边
12伏的电机
大功率的东西会挂在上面
所以传统的这种
车载应用在进行设计的时候
他会考虑它的输入的
电源的波动范围是比较大的
正常工作电压比如说在14伏
那在打火的时候
在就是说我瞬间打火起来的时候
它的电池电压
因为他要用电池来带动我的
starter 进行工作
它会瞬间抽取
甚至是好几百个安培的一个电流
它会把电池电压迅速拉得非常低
那根据最新的16750的spec
它其实在 start up 的时候
都甚至有可能会低到三伏
在这种极端的情况下
那如果说做国内的一些车厂的项目的话
大家可能也会拿到
各个车厂不同的 spec
那不同的车型甚至会有不一样的需求
那他比较常见的就是在这种低压的时候
有可能就会低到 4.5 伏到 6 伏
如果说假设车场给的 spec
是 4.5 伏这样一个系统的话
那就是要求我这个在低压的时候
你 4.5 伏这个系统也还是要能够工作
那这是往低压里去讲
讲低压的就是他最低可能会低到4.5
如果是从高压这个角度的话
如果我发生 load dump 的情况
就是你本身电池是挂在我这个跟电机
还有这些所有的设备
都挂在这个12伏的系统当中
如果你突然一个大功率的负载
从我这个电池上就脱落了
那这种情况下
我一下子一个大的负载没了
那它大家可以想象的到
就是说它的电压
可能会瞬间会冲上去比较高
那这种情况下
他如果说不加任何的这种
不加任何的限制的话
它的最高的电压
甚至可以到一两百伏甚至更高
但是对车载的应用来讲的话
它更多的其实会有这样一个限制条件
把这个电压能够压下来
并不会让它电压冲那么高
那按照这个16750 spec
它其实对这种12伏的系统的话
它能够把这个电池电压
钳位在三十五伏以下
所以对我们在设计这个 AVAS 系统的时候
它这个真实的这个系统能看到的电压的话
也就差不多是35伏
所以我们如果说结合低压结合高压
它最低到 4.5V
最高的 35 伏
那我们这样一颗芯片
在挂到这样一个电池负载上的时候
他就要求这个芯片
它能够要有一个更高的一个工作范围
像 6422 呢这颗芯片的话
它就是满有这样一个特性
它有最低能到 4.5
最高能到 26.4 伏
那就是这种正常的工作状态下
都不会有任何问题
那他同时还能够支持 40V 的 load dump
所以就是真有发现
有这种 load dump 的情况发生
按这种 spec 来讲的话
你能会到 45 伏
那这个芯片其实也是
能够耐受得住这样一个高压的
并不会说就会损坏
这样的话对客户来进行设计的时候
就会简化客户的设计
否则的话客户可能要在
比如说挑那一颗耐压
会低一点的十几伏的芯片
或者二十几伏的芯片
等发现 load dump 的时候
那大家可能会想象得到
就是要在前面去加这样一个tvs来进行限压
或者就是说我先把电压转一下
经过一个DCDC稳定了
转成一个稳定的电压
再给这个功放来进行进行供电
那由前面的DCDC来承担这样一个高压
那还有第四点就是我刚才说到的
就是对一些纯电动汽车
或者是48伏的系统来讲
这种 starter 有的时候
就不一定挂在这个 12 伏侧
所以相对来讲
以后 十二伏的电池
它的波形会更干净一些
那有的就可能就不需要
这么高的一个输入电压的范围
那我们的5760和5720这两个芯片的话
相对来讲也就是可以拿出来
来做一个参考
可以进行选型的一个选项
关于这种更宽的输入电压
我相信可能也有部分观众
和网友是比较感兴趣了
我刚才提到了包括16750这样一些spec
那其实包括还有7637这样一个spec
那在TI的话也有一些
在线的培训视频
或者是 TI design 来进行更详细的讲解
我在这个视频当中就不展开去谈太多
我是提供了链接给到大家
如果说大家对这两个点
对这个点刚好也比较感兴趣的话
可以去搜一下我们的 TI design
TIDA00699 或者是一个在线培训的视频
7637 的standard 和 solution
相关的一个培训视频
可以去看一下
会有更详细的讲解
他的这些是怎么去测的
所以 OK 到下一页
我们刚才提到的
第二个技术上的点
就是我的负载诊断的一些功能
负载诊断根据车厂的要求
其实从 TI 这个角度大体也会分成两类了
一个是 DC 的负载诊断
一个是 AC 的负载诊断
DC 的话就是比如是不是发生了
这种就是一直真实存在的一种
一直持续存在的
跟频率没有太大关系
就是短路到电池或地
或者是这个负载就脱落了
这个speaker在这种颠簸的状况下
跟你的power就已经完全脱落了
或者说我这个speaker
他如果是这种两根线接过去的
差分信号接过去的
那这两根线之间是不是有短路了
那这个speaker就看不到电压
得不到驱动的功率了
那这种是几大类
还有一种是就是AC的负载诊断
AC的就是我的阻抗是多少
对一些传统的这种 implement
或者是外部功放这样一些应用来讲
他们是要做一些具体的
阻抗的一个诊断
它会有一个 DC 负载
会有一个低频的这种 woofer
和一个高频的喇叭
两个并联起来去进行使用
那他会对阻抗有一些
比较严格的要求
在车厂车间进行组装和测试的时候
它也会要看一下
我装上去这个喇叭是不是对的
我这样就可以去测这个
喇叭的值是对的的话
那说明我这个组装也就是没有问题的
也是从产线这个角度的话
帮助车厂的一些测试进行简化
关于负载诊断
其实我们也是有这样
一些分立的方案去做的
那当然我待会讲的这个是
是六四系列的或者是五四系列的
我们会把这种诊断集成到芯片里边去
如果说对一些传统的功放
老一点的功放
是没有这样一个诊断的功能
其实 TI 也有一些应用笔记来讲一讲
对这种外部功放的话如何进行诊断
我这地方也贴出来这个应用笔记的名字
以及它相应的链接
如果客户比较感兴趣
不希望用这种集成的方案
想用低成本一些分立的方案来做的话
也可以参考这样的应用笔记
感兴趣的网友或者是观众
对这种更详细的负载诊断
从原理上怎么去实现的
也可以去搜索一下
这篇 application note 学习一下
那下面我会讲一下
对于我们芯片集成的芯片来讲
内部电路上是怎么来实现的
对 6422 这颗芯片来讲的话
其实 output N 跟 output P
这两个脚的话
就是直接的一个功率输出脚
那我们其实会有类似于
DCDC 一样的上管和下管了
上管和下管然后再加上一个电感
再加电容那就跟一个 DCDC
是比较接近的
它有两路 一个output P
一个 output N
这两个的话产生一个
反向的一个信号的话
其实是用来就刚好做这种
speaker 的驱动
从这个 speaker 这个角度
他能看到的一个正弦波
但DCDC相当于就是稳压了
所以 class D 从本身上
从客户角度来讲的话
跟 DCDC 是比较接近的
但是在这张图上
就没有把 DCDC 那个上下管给画进去
这地方更多的是想跟观众分享一下
我们从芯片的角度
来怎么来做这样一个诊断
芯片如果想实现这样一个诊断的话
他内部要除了最基本的驱动电路
还要辅助的一些电路
那从这个这张图我们可以看得出来
就是我们其实在芯片内部
会有比较多的一个模拟开关
也会有一定得信号源
也会有一定 有 ADC
那其实就是相当于
从把外部的一些东西
全部集成到芯片内部来做
那如果要做这种short to power
或者是 short to ground 的
一个诊断的话
其实我们在芯片内部会有一定的时序
你点了这样一个测试的命令之后
这个芯片呢它会把
S1 S2 这两个开关把它给闭合
S3 把它给断开
那这种情况下呢
我芯片内部会产生一个
二分之一 VDD 的一个电压
通过一个 buffer 送出去
那假设外部的话没有发生电源短路
或者是接地短路这样一个错误
那其实这是一种正常的状态
那外部其实理论上看到的
这个引脚上就应该是
二分之一 VDD 这样一个电压
那这再用两根线把它再给引回来
那经过一个 buffer
再重新送到 ADC 这边把它采样
那这个 ADC 采样采这个电压之后
看一下我进行计算之后的值
看一下这两个引脚上它的电压
是不是 二分之一 VDD
或者是不是在二分之一 VDD
上下一定的范围之内
如果是的话
那说明我这个芯片
应该是一种正常的状态
并没有发生电源短路或接地短路
如果你发生接地短路
那这个地方是一个强下拉的源拉到地
那这个引角上肯定是一个零电平
如果短路到电源那就是9到16伏
这样一个电压范围
那这种情况下
ADC采样回来的话
就是超过了芯片内部本身的限制的话
那它就会报这样一个错误出来
那刚才的一个动作呢
是电源短路和接地短路进行区分
还有一种负载
还有一类负载诊断的类型是
open load 或者 short load
就是我的 speaker
因为长期的颠簸会不会有可能有脱落
或者是我的两根线是不是有磨损了
然后碰到了一起去了
那这样的话芯片肯定是都是没有
这个 speaker 肯定都是没有声音的
所以这种情况下的话
我们芯片再怎么对他进行诊断的
就是我会把刚才的S1开关把它给断开
那我去用 S3 开关把它给闭合
S2 也是闭合的
那这种情况下的话
我会从DAC去送这样一个信号过去
然后呢去诊断一下
我这样一个
还是去通过
从 DAC 先给信号出去
然后还是用ADC来进行采样
采这样一个电压
如果说是 open load 的话
我给了一个DAC的
大家要注意一下
这地方我们给出去的
其实是一个电流的信号
而不是一个电压的信号
如果给出去一个电流的信号
然后外面又是 open load
相当于就是一个完全的空负载的状态下
相当于是一个阻抗无穷大
那这种情况下采集到的电压呢
是相当于就是
能够达到我芯片的一个最大值了
它就会顶到
我这个芯片的供电的上限
那可能就是3.3伏
或者是如果是 short load
外面就是相当于就是零电平
你给一个电流信号
然后流入到一个零欧姆的电阻上
那相当于就是也是没有压差的
那这种情况下
ADC 再对这P和N两个引脚
差的电压进行采样进行计算的时候
我就可以看到
如果说我一个正常的负载
两欧姆四欧姆八欧姆的负载接在上面
那我给他送入一个20毫安的电流信号
我能采得到一个正常的一个电压值
那如果我是 open load
阻抗无穷大或者是short load
阻抗只有零那这种情况下
我一个电流源信号给出去的话
它在这两个引脚之间
产生的电压就是不对的
所以呢它就是根据这样一个机制
来再来判断一下open load
和short load的状态
那从这张波形
是一个完整的一个正常的
DC 负载诊断的一个波形
有假设我们这个芯片
我们有同系列的芯片是
四个通道的 6424
那这张波形呢放的是
那这张波形呢放的是
6424 四个通道来进行诊断的
如果是 6422 就是两个波形
两个通道我在进行诊断
那 6424 的话
它相当于我们可以看到
前面会有四个小的尖脉冲
那就是做 short power
和 short battery 的一个诊断
那后面四个大的脉冲
那就是做 open load
和 short load 的诊断
如果诊断没有错误的话
那到最后几个通道就会同时会打开
在 PWM 上就是在我的引脚上
会产生非常多的PWM信号
再经过 LC filter 对它进行滤波
就得到我正常的一个音频的信号
如果说有错误的话
就是我们会有这样一个寄存器
就是芯片自己去做诊断
你给他一个命令
他自己去做诊断
如果说发现了有错误的话
那么我们会有这样一个寄存器会报出来
所以客户如果在用
这样一款芯片在进行设计的时候
那流程就是我发命令
写软件代码的流程
我发命令出去
然后等待一段时间
等它正常的一个负载诊断的时间结束之后
我就要去读这样一个寄存器
如果说所有的都是零
没有任何的错误的话
那就是一种正常的工作状态
可以产生相应的一些信号
如果说发生了那某个通道有错误的话
那这种情况就是要把这个错误
给汇报给驾驶员汇报给车辆系统
我们刚才提到的就是
open load short load
short battery short power
是四大类型的负载错误
那是 DC 相关的
还有一种就是 AC 的诊断
就是我刚才提到的
我们要测一下他的真实的阻抗是多少
就是如果要测它的阻抗
AC 的它更多的是要跟频率相关的
所以我们在做 AC 负载诊断的时候
你要去测这个频
要去测这个阻抗
方法类似于我们刚才说的
DC open load 和 short load 的
一个诊断方式
就是往我这个负载上去注入信号
然后再测量信号
那只是这个地方差别是什么
这个是注入的是一个交流信号
因为AC的东西它是要跟频率相关的
我AC在1K的频率下10K的频率下
20K的频率下
它展现的频率特性是不一样的
它的阻抗值和相位值都是不一样的
所以呢在这个地方
我们是一般测试测它的频率呢
会挑一个不会对人耳产生干扰的
不会对人耳产生一些影响的
因为我刚才也提到人耳
其实正常的能接受的范围
我们通常都认为都是 20k
但其实绝大多数人的话
可能对高频也没有那么敏感
因此我们就是挑了一个频率19K
比较接近20K这样一个范围
比较接近20k这样一个频率来进行测
其实测出这样一个频率的话
就是给它注入一个19K的正弦信号
那我知道我这个注入信号的幅值
那然后我再去测这样一个
电流信号在负载上产生的电压信号
那这个电压信号除以我的电流信号
这应该就是我的阻抗的值
包括阻抗的幅值
还有阻抗的相位值
都可以通过测量然后进行算得出来
那如果我测完了之后
先执行 AC 诊断的命令
测完了之后的话
它的波形大体就是长这个样子
跟我们刚才看 DC 的时候
是不太一样的
在 AC 的时候的话
它其实会有一连串的这种
交流的信号在波形上能够看得到
如果说 AC 信号到最后测完了
我们相应的
也是会有一些寄存器来进行汇报
那这地方会有三个寄存器
就是我们刚才提到了
AC的东西它除了有阻抗
它还会有相位值
阻抗我们用了一个寄存器来表示
相位的话是用两个寄存器来表示
读取这些寄存器的值
再按一定的公式进行计算
就可以推算出我现在的阻抗
和相位值分别是多少
那我们看一下一个实际的例子
可以给大家做一下参考
那在这张图上就是右手边是 woofer
一个是 tweeter
woofer 一般都是在低频的时候
阻抗特性比较好
那 tweeter 是在高频特性
那在左边这个图呢
就是他的一个 AP 的
一个真实的测量的信号
绿线呢是我的 woofer
那个红线呢是我的 tweeter
那我两个喇叭有的时候会并到一起
并到一起的情况下
它会产生蓝色的那个那条线
那并联之后它的阻抗会变低
如果说根据我们刚才说的
就是我们在测试的时候
是挑输入信号的频率是19K
那我不同的频率下
那个阻抗是不一样的
根据这个 AP 的测量
这个测量仪器测的话
大家可以看到
假设只有 woofer 的时候
他的测出来的19K那条线
跟我那个阻抗的线的交点
大家可以看到是比较接近20
这个十九点多这样一个欧姆的值
那如果说 tweeter 跟 woofer 并联在一起
蓝色那根线的话大约就是在七点多欧姆
那这一页的话就是我们 642 系列的
642x 系列的 classD
这个高性能的classD
它的一个实际的测量的结果
如果我 woofer 跟 tweeter 并联起来的话
我们根据实际的计算
我加在第四个通道上
我发现量出来的
它的这个阻抗值就是 7.34 欧姆
如果说我只有 woofer 的话
它的阻抗值大约就是在18点多
就是回过头来跟我们刚才
在这条线上看到的就是比较接近的
就是一个只有woofer 是 8.5
woofer + tweeter 的就是 7.3
那其实也可以看得出我们
这个芯片在进行
阻抗测量的时候的一个优势了
介绍完了第二个技术优点
就是我们完成了负载诊断功能
我们再介绍一下
第三个技术优势
就是我们的更高的开关频率
那么在传统的音频设计当中
就是 400k 可以会相对来讲用的多一些
那为什么也是有原因的
就是我下一页刚好会有
就是跟我们那种传统的 AM FM
这个这种收音机也是有一定的关系
就是 AM 的中波段
大约在500多K到1.8兆
那我再去选中开关频率的时候
我的开关频率其实是
如果跟我的这种调频
跟我的调幅的频率比较接近的话
会影响到我这样一个调幅的效果
就会带来一些干扰的
这种频率的东西在时域上是叠加
但是在频域上都可以分解开来
所以你是 400k 跟 500k 的话
如果说频域刚好又叠加到一起
如果说这种开关频率
跟我调幅的频率叠加到一起
这种从频域的角度
也是比较难把它给分解出来
所以一般对这种频率的选择
都是要会错开一点
所以传统的呢 400k 会大一点
但如果说是选 400k 的开关频率
如果为网友或者是观众
做过这些 DCDC 的设计
或者 classD 的设计
应该也都能够了解我的开关频率
如果选的比较低的话
它对相同的纹波
在相同纹波要求的情况下
它对电感和电容的要求就会大一些
它要感值更大
那产生的电流纹波才会越小
它容值越大
产生的电压纹波才会越小
那如果说我用
2.1M 的开关频率来进行做的话
那其实我是开关频率做高了
那每次开的时间会更短
关的时间也会更短
那这种情况下其实
电流的纹波和电压的纹波
都相对来讲会小更多
所以我们从选择电感的角度的话
我可以选一个更小的电感
来实现相同的一个纹波的参数
那我在这边也放了一张图
可以很直观地对比出我们同样的产品
我用 400K 和用 2.1M 开关频率
我选择电感的尺寸的一个差别
肉眼对比还是比较直观的
那选了一个 2.1
如果要选用 2.1M 的话
我得电感可以选择更小的
PCB 的 size 都可以做的更小
所以在下面这张图
我们也是有从系统的角度来进行比对
我看一下就是传统的
400K 的 size 有多大
然后如果说我们选用642系列的
这种 2.1M 的开关频率来做的话
我的整个的系统的面积会缩小 75%
那我们如果说把这个 2 通道的
class D 就是单面摆放
那电感一般是要四个电感
大家可以对这种 classD 的拓扑
如果不太清楚的
也可以去搜索一下看一看
对于这种差分的输出的
class D 要四个电感
如果是并联的一些方式
它可能会要求的电感的数量会更多一些
那如果只是正常情况下
两个通道就是四个电感
把四个电感跟芯片单面摆放的话
其实从图上我们可以看得到
面积会明显小很多
只有 5.4 平方厘米
大约就是 2×2.7 了
那这样的话对我这个整个系统的角度
从整个系统的角度来讲
PCB 的面积会省很多
成本这个各方面都会省很多
那我们这个地方
同时想要强调一下
就是 TI 的 642 系列
这是相当于是业界第一个汽车级的
能够支持 2.1M 开关频率的 class D
那有了这样一个优势的话
我们可以更大程度的
去帮助客户去简化整个系统的设计
让整个系统的 BOM
和 PCB 的 size 都会小很多
我们为什么选 2.1
这也同时也是有另一个原因
刚才说的是 400
那一般四百五百这种类型
都是叫 sub-AM Band
那更准确的叫 AM 的 middle wave
在中波频段
大家就可以去看一下
做 EMC 测试的时候
国际上比较主流的就是
大家follow共识性比较高的 CISPER25
CISPER25 这样一个 spec 里面定义的
对这种频段划分
主要关注哪些测量频段
对 AM 频段的话
分 low wave middle wave
和 short wave
长波段150K到300K
中波段就530K到1.8兆
如果是短波段呢就是5.9到6.2
那如果我们选的是2.1兆的开关频率
那我们从这个频率的角度来看的话
其实我2.1兆的开关频率
刚好就可以把它 AM Band 的给跳过去
同时我的三倍频一般像这种方波
大家如果还有印象
像这种方波信号做傅立叶分解的时候
它都是三倍频五倍频七倍频
这种类型 倍频会比较多了
所以他这种辐射值
也大多是在这些频点上
2.1 再往上 6.3
然后到五倍频 七倍频这样一些
如果选用2.1兆的开关频率
其实 AM Band 和那个
AM Band middle wave 和 short wave
刚好都不是在测试的频段范围之内
那这种情况下它其实是换句话说
就是对我系统当中
真正比较关心的其他的功能
我的没有太大的影响
我这个频段虽然也会有一定的辐射值
但是我这个辐射值
就是跟其他的频率相当于就是给错开了
错开了的话就不会对其他的
一些功能设备带来一个影响
那从客户做 EMC 的角度来讲的话
能够简化客户的 EMC 调试的时间
能够省出更多的精力来做更多的测试
好 那上面就是我今天视频
介绍的主要内容主要几个部分
法律法规框图以及我们
TI 的 D 类功率放大器
在该系统当中的一个应用
本次培训之后的材料和视频
都会在一周之后
上传到 TI 的 E2E 官方论坛
大家也比较感兴趣的话
可以去论坛上下载或者是观看
好 谢谢大家
手机看
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视频简介
电动汽车模拟引擎声音系统设计3
所属课程：电动汽车模拟引擎声音系统设计
发布时间：2018.08.24
视频集数：3
本节视频时长：00:40:43
电动或混动汽车没有发动机，几乎没有声音（特别是低速行驶时），这给行人带来了潜在的危险。因此，对于电动或混动汽车，声学车辆警报系统（AVAS）被设计用于警告行人电动车辆的存在。在 AVAS 系统中，使用扬声器来产生引擎声音，并且使用音频放大器来驱动扬声器。通常音频放大器需要进行负载诊断，如开路负载和短路负载。
未学习 电动汽车模拟引擎声音系统设计1
未学习 电动汽车模拟引擎声音系统设计2
未学习 电动汽车模拟引擎声音系统设计3
