周五. 11月 27th, 2020

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前言除了汽车收音机和汽车音响外,车内外还会发出各种声音。例如,开启转向指示灯,汽车会发出“滴答、滴答

前言

除了汽车收音机和汽车音响外,车内外还会有各种声音。例如,打开方向指示灯后,汽车发出“滴答,滴答”的方向指示灯。此外,启动制动系统以避免碰撞时,会响起警报声。这是高级驾驶辅助系统(ADAS)的功能之一。最近,由xEV等电动机驱动的汽车在行人接近车辆时配备了音响车辆警报系统(AVAS)。此外,汽车还会发出启动发动机时的欢迎语、ETC的警报声等多种声音。

上面提到的旋转信号音以前听到了机器继电器的转换声音,但实现电子化后,即使不使用继电器,扬声器也会发出声音。这只是我们从声音中获取重要信息的一个例子,未来随着AI或自动驾驶技术的发展,人们和汽车之间双向交流的要求会提高,所以声音作为促进双向交流的工具之一,其存在感应该进一步提高。(大卫亚设,北方执行部队。)

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图1多功能车辆仪表板所需的各种声音

1扬声器系统配置

上述ADS和AVAS语音的系统主要分为使用蜂鸣器的系统和使用扬声器的系统。电子虽然成本很低,但可再生的频率有限。后者与音频设备一样,可以在更宽的频段播放。长时间以来,驾驶舱周围只有警报声和警报声就足够了,不需要多种声音。但是现在驾驶舱周围所需的声音多种多样,出现了没有扬声器就无法配置系统的情况。

因此,扬声器放大器IC是必不可少的。扬声器放大器IC是放大输出的语音信号,如SOC(OSTEM ON A CHIP),允许电流流向扬声器,以实现驱动IC。语音信号格式有两种:模拟信号(如输入正弦波)和数字音频格式(如I2S)。必须根据应用程序系统进行区分。另外,扬声器放大器IC的输出方式主要分为AB类放大器和D类放大器。其优点是AB类放大器的功率转换效率低,IC发热严重,但不会产生不必要的辐射。D类放大器功率转换效率高,IC发热小,但会发生不必要的辐射,因此需要在输出端配置LC滤波器。因此,通常在允许的热值范围内使用AB类放大器。如果需要更大的输出功率,并且不允许发热,请使用D类放大器。

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图2过流保护电路的波形图

2扬声器放大器主题

无论使用哪种输出方式,车辆扬声器放大器都需要高可靠性,同时具备高功率输出(音量)和安全性。可靠性的重要性毋庸置疑,但高功率输出和安全之间的关系非常困难。为了实现高功率输出,必须让大电流通过扬声器。这相当于增加IC的输出晶体管大小。但是,如果输出晶体管大小变大(例如,扬声器故障时短路),输出引脚之间可能会流动大量电流。在某些情况下,IC受损,会影响汽车的安全。为了防止这种情况,需要在IC上安装过电流保护电路,传统的扬声器放大器IC使用限制负载电流的方式。但是,使用此方法时,过流保护电路的操作阈值应设置为小于可输出最大电流的值,如图2所示。因此,存在最大输出功率有限,高功率输出时波形(声音)失真的问题。

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图3具有仪表用过流保护功能的扬声器放大器输出功率比较

3 ROHM的新产品“BD783xxEFJ-M”

ROHM开发了兼具高功率输出和安全性的汽车仪表盘用扬声器放大器“BD783XEFJ-M”。该系列使用仪表盘上需求最大的5V电源工作,输出功率1 ~ 2W为主要目标,使用模拟输入,输出使用零件数较少的AB类。该系列的三个主要优点是:

3-1。过流保护功能和2.8瓦大功率输出的实现

新产品“BD783xxEFJ-M”采用新开发的过流保护电路,兼具高功率输出和安全性。电源电压5V,负载4的情况下,输出功率达2.8瓦(THD N10%),可提供保护,防止扬声器针脚输出短路导致故障。

一般来说,AB类放大器的过流保护电路常用“限制器电路”,如上所述,通过限制输出电流来防止过流泄漏,但也限制了输出功率。为了在不限制输出功率的情况下保护产品免受过流影响,必须使用“峰值电流保护电路”。这是一种从字面上检测峰值电流并停止输出的机制。当输出电流超过最大电流时,可以用这种方法检测电流,但当输出偏置电压较低(例如,启动时或低压时)时,输出电流的最大值不超过阈值,因此保护电路无法正常工作。因此,峰值电流保护电路的缺点是IC加热温度高于芯片接合温度,最坏的情况下芯片会受损。换句话说,使用电流限制电路可能会导致声音失真。使用峰值电流保护电路时,会出现无法保护的情况。

为了解决这个问题,ROHM研究并设计了结合这两种电路优点的新型过流保护电路(正在申请专利)。该技术在启动时或低压时,如果不需要输出高功率,则启动电流限制电路,以防止IC发热。正常运行时自动切换到峰值电流保护。这是一种综合具备两种保护电路优点,实现高功率输出的技术。

新产品“BD783xxEFJ-M”包括这种新的过电流保护电路,可以有效保护IC免受负载短路的影响,输出时不会出现失真。

3-2。支持车辆应用程序恶劣环境的高可靠性

新产品符合汽车电子产品的可靠性标准AEC-Q100,支持Ta=105的工作温度,因此在追求高可靠性的车辆应用领域也可以放心使用。该系列使用功率封装(HTSOP-J8),通常在热值高的AB类放大器中,即使在105C的工作温度条件下,也能获得高功率输出。这种封装体积小,只有4.9毫米6.0毫米1.0毫米的引线框架封装,但使用4层电路板(根据JEDEC51-5,7标准)时,JA只有45.2C/W,散热性能非常好。使用该软件包,与ROHM以前的产品相比,芯片温度上升降低了80%(条件:VCC=5V,RL=8,THD10%),即使在Ta=105的恶劣情况下,也能在不损害功能的情况下输出语音,并且除了过电流保护电路外,还配备了其他保护电路,以提高功能可靠性。发生异常热时,温度保护功能有助于防止IC损坏。蓄电池瞬间断开时,低压保护功能可防止意外POP噪音。因此,该套件有助于构建适合多种环境的强大系统。

通过内置电阻减少零件数量。

在此输出范围的AB类放大器中设置音量时,用于调整信号增益的输入电阻和反馈电阻通常是外部的。新产品嵌入了这种阻力,减少了零部件数量,减少了印刷电路板的安装面积。此外,该系列共11个型号,具有6dB至26dB (2dB增量)的增益范围,可以进行精细的增益调整。26dB产品“BD78326EFJ-M”仅在经常调整增益样品评价时使用,并在每个输入针上添加评价用电阻,无需更换IC即可轻松评价。内置电阻也不会增加设计时间。目前,6dB、10dB、26dB型号已经开始量产,其他产品也将陆续上市。

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图4符合AEC-Q100的“BD783xxEFJ-M”,具有多种保护功能

4未来发展趋势

如本文开头所述,驾驶舱周围的语音通用性成为必然需求,随着未来Case (Connected,Autonomous,Shared,Electric)时代的到来,预计这一需求将进一步增加,还会有更大的功率输出需求。另外,在车内部署方面,传统驾驶舱和汽车音响之间的界限将消失,语音使用方式也将多样化。

为了满足这些要求,ROHM需要不断扩展扬声器放大器的组合。此次推出的BD783XEFJ-M是汽车AB级扬声器放大器,目前ROHM还在开发汽车D级扬声器放大器。BD783xxEFJ-M的目标应用程序的电源电压在5V以下,以下车辆用D类扬声器放大器产品支持与12V电池的连接,并提供4W以上的大容量输出。对于支持12V电源的车辆级扬声器放大器IC,目前主流产品是AB级放大器,但驾驶舱和前端单元的电子控制单元(ECU)对节省空间的要求越来越高,热用散热器成为了技术瓶颈。为了解决这一瓶颈,ROHM将D类放大器系统引入扬声器放大器,为小型化做出了巨大贡献。

与BD783xxEFJ-M一样,第一辆车D类扬声器放大器除了模拟输入型外,还计划推出数字输入型和多声道等4种产品,以满足各种应用的需求。例如,数字输入支持时间分区多点传送(TDM)格式。一个系统最多可以连接8声道扬声器,增加应用程序设计选项,提高应用程序设计的灵活性。

第二部车辆D型扬声器放大器将于2021年销售样品,今后ROHM将致力于开发汽车扬声器放大器IC,不断努力提高汽车的安全和舒适性。

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