隨著汽車電子技術迅速發展，車載音頻系統也在不斷升級，以滿足消費者對音頻體驗的更高要求。例如，支持多種外加音源(諸如DVD、SD卡、藍牙、數字廣播等)；電臺接收效果更好；音效處理更加豐富，甚至要達到Dolby 5.1等家用音響的效果。(圖1)。同時，汽車廠商和設計公司又希望能夠縮短產品開發周期，加速上市。所有這些都對車載功放產品提出更高要求。
車載功放是車載娛樂系統中不可缺少的一個功能模塊。其作用是將音頻輸入的信號進行選擇與入處理，進行功率放大，使電信號具有推動音箱的能力。車載音頻系統對于功放多通道，高效率，低失真，智能化的要求，使功放模塊設計人員在設計功放的時候要面臨如下的技術挑戰：如何在有限的散熱空間內，實現大功率，多通道輸出；如何監控功放芯片本身的工作狀態，保證功放芯片在過溫，過壓，過流情況下不受損害；選擇怎樣的濾波電路，使功放模塊通過EMI檢測，不干擾其他模塊工作，尤其是不對收音模塊產生干擾。
車載功放技術現狀及發展趨勢
功放按工作原理分為A類、B類、AB類、D類，下面先簡要分析這幾類功放在車載音頻系統應用中的優缺點。
A類是一種完全的線性放大器。在A類功率放大器工作時，晶體管的正負通道不論有或沒有信號都處于常開狀態，這就意味著更多的功率消耗為熱量。A類功率放大器的效率非常低，通常只有20-30%，因此在汽車音響的應用中比較少見，像意大利的Sinfoni高級系列才有這類功率放大器。但是A類功放也有顯著優勢，例如失真最小（無交越失真和開關失真）、保真度高、聲音表現很好，所以深受音響發燒友青睞。
B類也被稱為線性放大器，但是它的工作原理與A類功放完全不同。B類功放在工作時，晶體管的正負通道通常是處于關閉狀態，除非有信號輸入。而且兩個通道不會同時工作，因此在沒有信號的部分，完全沒有功率損失。但是在正負通道開啟關閉的時候，常常會產生交越失真，特別是在低電平的情況下，所以B類功放不是真正意義上的高保真功率放大器。但是由于B類功放效率比較高，因而在早期許多汽車音響系統還是采用這類產品。
AB類是兼具A類與B類功放優勢的一種設計。當沒有信號或信號非常小時，晶體管的正負通道都常開，這時功率有所損耗，但沒有A類嚴重。當信號是正相時，負相通道在信號變強前還是常開的，但信號轉強則負通道關閉。當信號是負相時，正負通道的工作剛好相反。AB類功放的主要缺陷在于會產生交越失真，但是在效率比以及保真度方面，還是優于A類和B類功放，因而AB類功放成為目前汽車音響中應用最為廣泛的設計方案。
D類放大器與上述A，B或AB類放大器不同，其工作原理基于開關晶體管，可在極短的時間內完全導通或完全截止。兩只晶體管不會在同一時刻導通，因此產生的熱量很少。這種類型的放大器效率極高(90%左右)，在理想情況下可達100%，而相比之下AB類放大器僅能達到78.5%。不過另一方面，開關工作模式也增加了輸出信號的失真。
隨著車載娛樂系統的發展，對功放部分的要求也越來越高：大功率、高效率（低散熱）、多通道、高保真、智能診斷及保護功能。傳統的AB 類功放已經很難滿足這些要求，所以功放的發展趨勢是在D類功放的基礎上，改善EMC性能、降低失真度，并支持數字音源輸入。
新興的全數字音頻放大器對數字音源輸出的音頻信號進行直接處理和放大，可以方便地實現高保真、高效率和低成本的音頻放大器，因而可以為數字音源、音頻處理和功率放大的整合設計提供了完整的端到端數字解決方案。
典型方案介紹
針對不同的車載應用需求，恩智浦開發出多種車載功率放大器。產品系列豐富、功能完備、性能突出。例如，從單通道、雙通道到四通道，能滿足驅動多路負載的需要；功率范圍從1W到130W，可滿足各種負載的驅動要求；智能診斷及保護機制，既能給功放芯片提供過溫、過壓、過流、交叉短路及對地、對電源短路的保護機制，又能把功放工作狀態通過診斷管腳或者I2C通信反饋到MCU。
IPAS方案
集成功放和穩壓器(IPAS)方案實現了在一顆IC上集成高功率放大器和多路電壓輸出調節器，能夠有效縮短產品設計周期、降低系統成本。例如，恩智浦的TDA8588是一個由I2C總線控制的多路電壓輸出調節器和四通道ＢＴＬ音頻放大器（４×５０Ｗ）。通過I2C總線，能讀出每個放大器通道的工作狀態。由于能輸出大功率，并提供穩定的電壓輸出，對于車載娛樂系統應用來說，TDA8588是一個完整、經濟的解決方案。
低功耗、高效D類功放方案
現在的車載娛樂系統擁有越來越多的揚聲器，更多的通道意味著更大的功耗和更高的溫度。但車載娛樂模塊的體積有限，不能支持更大的散熱片，所以需要使用更高效的D類功放。
為此，恩智浦開發出低功耗高效車載D類功放TDF859X系列產品，該系列產品基于絕緣體硅片（SOI）處理功能和具有專利技術的零死區時間技術，具備卓越的EMC性能以及智能診斷及保護功能。
其中TDF8599TH是具有診斷特征的I2C總線控制雙通道Ｄ類功放。TDF8599TH工作模式分為I2C和NON-I2C兩種模式，可以通過I2C總線檢測負載工作狀態和故障診斷。
為了滿足車載娛樂多路揚聲器的需要，TDF8599TH能實現多片協同工作，實現多路輸出。(圖2)一片TDF8599TH作為主芯片，其他作為從芯片，并共享主芯片的時鐘。恩智浦提供完整的TDF8599TH應用參考設計，在這里我們簡要說明參考設計各部分的注意事項。
圖2 TDF8599的主從工作模式。
圖3中，通過推薦的電感濾波器，在Vp1，Vp2的電源輸入處消除噪聲。音頻輸入部分無特殊要求，只要根據參考設計中推薦數值進行匹配。ADS管腳是控制硬件地址選擇，通過不通的電阻值來對應不同的I2C地址，在NON-I2C 模式下可以直接接地。MOD管腳是控制功放不同的輸出模式，在I2C控制模式下有立體聲模式和平行模式，在NON-I2C模式下有AD或BD模式，并控制從芯片是否有90度相移。CLIP和DIAG管腳是失真檢測和診斷輸出，通過5V上拉，在高電平輸出情況下表示工作正常，低電平表示有失真或故障。在音頻輸出部分，通過兩級濾波，可實現較好的EMC性能。
圖3 TDF8599TH 芯片結構圖。
本文小結
車載音頻領域的技術革新持續發展，數字廣播、后座娛樂、無線連接等新功能的涌現，要求車載功放產品相應加速更新換代，從傳統AB類功放到D類功放，以及下一代數字功放，車載功放產品在輸出功率、智能控制及診斷功能等方面不斷完善，以滿足現有及未來市場需求。 |
