新汽车信息娱乐系统中音频放大器的几个关键设计考虑因素

作者：德州仪器 Gregg Burke

您是否了解所有融入当今新车的最新技术？这些技术振奋人心，其中一些技术甚至应用于入门级和经济型车辆中：

自动制动汽车的带紧急制动系统的前向碰撞警告可避免前方汽车突然停止时发生追尾事故。

可自动将汽车完美送回纵列式停车位的高级驻车引导系统。

车道保持辅助技术可让您的座椅振动，提醒您正通过车道漂移；它甚至可自动控制驾驶，以确保您的汽车保持在白线内。

新的信息娱乐系统（图1）处理目前车辆内的导航、音乐、广播和流媒体服务。客户主要购买的是中档或入门级汽车，他们自然而然地期望信息娱乐系统能和我们的智能手机和平板电脑一样拥有大型液晶显示屏（LCD）触摸屏。他们还期望汽车能够支持蓝牙®和/或Wi-Fi®，以便他们可播放音乐、播客或新闻。

本文中，我将讨论新汽车信息娱乐系统中音频放大器的几个关键设计考虑因素。

尺寸

一些高级功能需要他们自有专用的处理器和传感器。而这些处理器和传感器通常位于仪表板后面的独立电子控制单元（ECU）箱中。仪表板背后的空间极其有限，因此一级ECU供应商始终在寻找缩小这些ECU箱占地面积的方法，包括信息娱乐系统音响主体单元（无线电和音频放大器所在的位置）的尺寸，以便为高级功能留有更多空间。

热

添加新功能需要越来越多的处理能力。性能更强的片上系统（SoC）处理器运行速度更快，通常消耗更多功率且产生更多热量。同样地，信息娱乐系统中较大的LCD触摸屏也会受到信息娱乐系统音响主机单元箱内部产生的热量的影响。因此，一级ECU供应商正在寻找降低信息娱乐系统音响主机单元内部总热负荷的方法。

一级ECU供应商一直在信息娱乐系统音响主机单元内使用AB类音频放大器。但AB类放大器的效率明显低于新型D类放大器设计（见图2）。这很重要，因为汽车的音频放大器是音响主机单元内的第二大发热源，紧随SoC之后。音响主机单元箱内产生的更多热量意味着设计人员需要包含更大的无源辐射散热器或机械风扇。这两种选择都加剧了减少整体解决方案尺寸的目标。

输出功率，相对于最大值（％）
图2：AB类与D类效率（图片由http://www.audioholics.com提供）

德州仪器将在2018年的消费电子展（CES）上展示业界首款2.1MHz高开关频率D类模拟输入汽车音频放大器。我们设计了TPA6404-Q1，以完美解决与信息娱乐系统音响主机单元尺寸和热负荷相关的问题。

D类放大器通常在~400kHz时启动和关闭放大器。TPA6404-Q1D类放大器设计中更高的2.1MHz开关频率显著降低输出滤波器的电感值。如图3所示，使用较新的3.3μH金属合金型电感器的2.1MHz设计（与400kHz放大器所需的更大的10μH/8.2μH电感值截然相反）可让用于四通道解决方案的所有八个电感器刚好放入与仅一个电感值为8.2μH的电感器相同的占位面积。

TPA6404-Q1的另一个关键特性是有助于实现小型四通道放大器解决方案尺寸的其“流通式”音频信号设计。图4展示模拟输入信号如何进入芯片一侧的放大器器件；然后，音频信号的放大发生在器件的相反侧，其中信号流入外部输出滤波器。

将金属合金3.3μH电感器与流通式设计相结合，可实现业界最小的四通道汽车D类放大器尺寸。图5展示尺寸仅为4.5cm2的TPA6404-Q1完整解决方案（包括放大器和所有必需的无源组件）。

若您需要专注于减少整体解决方案尺寸以及入门级信息娱乐系统音响主机系统产生的热量，那么请您了解有关TTPA6404-Q1 2.1-MHz D类放大器如何能够提供更多帮助的更多详细信息。为启动设计，您还可使用TPA6404-Q1评估模块（EVM）以及原理图、设计文件和布局指南缩短开发时间。