【導讀】TAS2505-Q1 是一款支持數字和模擬輸入的車規(guī)級D類功率放大器，其輸出功率可達2.6W。內部集成了LDO，能夠單電源供電，簡化了供電電路的設計。除此之外，TAS2505-Q1內部還集成了DSP功能，使得此芯片對音頻有一定的處理能力，更進一步地簡化了電路設計。此芯片還提供I2C&SPI數字通信接口，價格便宜，滿足低成本的設計要求。在過去的10多年內得到了市場的廣泛認可，有良好的口碑，是汽車儀表盤、緊急呼叫（eCall）和遠程通信應用的理想選擇。
本文分析了TAS2505-Q1連接揚聲器偶發(fā)沒有聲音情況，總結了常見的可能原因，并提供具體的排查方向和解決措施。
故障描述
在TAS2505-Q1的應用案例中，出現問題的狀況主要表現為上電后偶發(fā)揚聲器沒有聲音，其對應的TAS2505-Q1的 輸出端SPKP & SPKM沒有輸出。出現這個問題的情況應當從硬件方向和軟件方向考慮。
圖1. TAS2505-Q1框圖
硬件方向
上電時序以及電源穩(wěn)定性，時鐘狀態(tài)，輸出端是否過流
1. 上電時序以及電源穩(wěn)定性
圖2. TAS2505-Q1內部框圖
A: AVDD和IOVDD的是否是同一個電源，其時序如下圖，SPKVDD>IOVDD>AVDD/DVDD>RST>IIC指令。且需要滿足如圖，的時間間隔要求。
圖3 AVDD和IOVDD同電源上電時序要求
表1 AVDD和IOVDD同電源上電時序間隔時間
B: AVDD和IOVDD不是同一個電源，其時序如下圖，SPKVDD>IOVDD>AVDD>DVDD>RST>IIC指令。
圖4. AVDD和IOVDD不同電源時序要求
表2 AVDD和IOVDD不同電源上電時序間隔時間
排查時需要注意除了對應的時序，還需要檢查各個電源軌是否電壓工作正常，如AVDD/DVDD是否在上電時達到了1.8V。AVDD及DVDD分別是對內部的模擬器件和數字電路供電，支持1.8V供電，如果此電源供電不穩(wěn)定，那么芯片內部的寄存器和DAC等工作狀態(tài)就不可控，也會出現TAS2505-Q1沒有輸出的情況。在實際應用中，簡化電路可將AVDD和DVDD采用一個1.8V電源共同提供（建議使用外部LDO 而不是 TAS2505-Q1 的內部 LDO）。對應電源電壓如表3。
表3. TAS2505-Q1電源要求
如果在上電過程中不滿足時序和電平要求會導致TAS2505-Q1初始化失敗，偶發(fā)出現TAS2505-Q1的輸出端為低電平，從而導致揚聲器無聲故障。
2. 時鐘狀態(tài)
TAS2505-Q1的內部時鐘和I2S時鐘，DAC參考內部時鐘，其中內部時鐘有兩種來源——BCLK (Audio serial bit clock) 和MCLK (External master clock)，內部選擇其中一個即可。BCLK是模塊內的同步信號，TAS2505-Q1的BCLK即可以由外部提供，也可以由芯片提供（此時就需要使用MCLK）。內部PLL的輸入由BCLK/MCLK分頻得出，如果BCLK/MCLK工作不穩(wěn)定，內部PLL也會不穩(wěn)定，尤其在使用IIC/SPI對芯片寄存器進行操作時，就可能導致芯片訪問異常，從而發(fā)生TAS2505-Q1工作不正常的情況，其外部表現為偶發(fā)沒有聲音輸出。所以在訪問芯片過程中需要保證IIC/SPI信號接收/發(fā)送時BCLK/MCLK穩(wěn)定。
3. 輸出端是否過流
通常 Class D 功放芯片都會設計有過流保護功能，在輸出電流超過限流閥值后芯片自動關閉驅動信號停止輸出。一般的過流保護是由于輸出功率超過額定或者輸出短路而引起。還有一種特殊的過流保護現象是由于高次諧波能量過大引起。高次諧波過流保護是一種特殊的過功率現象。通常用戶的電路設計完全正確，常規(guī)功率測試未超過額定功率。這種保護具有以下幾個特征：
● 問題機器在1KHz 標準音頻信號測試時輸出功率并未超過最大輸出功率。
● 播放高頻成分較多的歌曲較容易出現保護。
● 使用水泥電阻代替喇叭作為負載，保護現象消失。
● 減小，或者去掉輸出LC 濾波器的電容，保護現象消失。
解決方法：
減小 LC 濾波器網絡的電容C 的值可以增大LC 濾波器的截止頻率。使得截止頻率遠大于高次諧波可能達到的頻率。通常將電容值減小5 倍以上即可有效抑制高次諧波過流保護的問題。
優(yōu)點：無需修改電路，只需要修改參數值。
缺點：LC 網絡濾波效果變差，開關紋波增加，EMI 有可能惡化。
軟件方向
1. 檢查正常狀態(tài)和異常狀態(tài)寄存器的配置
找到其差異點，并針對差異點查閱規(guī)格書或應用指南，發(fā)現問題。
2. 軟件初始化的寄存器配置
圖5. CLASS-D和DAC內部框圖
檢查初始化軟件配置，需要保證DAC(P0, R63, D7 = 1, D5-D4 = 01, D3-D2 =00, D1-D0=00)開啟后, 再開啟CLASS-D(P1, R45, D1=1) , 如圖6。如果順序錯誤會導致初始化的時候失敗, 芯片內部工作不正常, 偶發(fā)TAS2505-Q1無輸出, 揚聲器沒有聲音。
圖6. CLASS-D和DAC正確順序
調查舉例
案例的故障描述如下：
WHAT: 車輛啟動后不出聲音， TAS2505-Q1設計在儀表盤板卡中，車輛啟動后應當有對應的提示音。
WHO: 車廠測試工程師
WHEN: 車輛0km測試過程中
WHERE: 車廠 + 汽車儀表供應商
HOW: 車輛冷啟動的時候，本來儀表會通過 TAS2505-Q1發(fā)出開機提示音。但是沒有發(fā)生聲音。后測量其TAS2505-Q1的SPKP&SPKM，發(fā)現在出問題時沒有輸出，正常情況下有穩(wěn)定的方波輸出，車廠進行ABA后故障跟隨芯片。
HOW MUCH：出現此情況的芯片復現的概率為30%。
故障分析
1.主控平臺在異常狀態(tài)和正常狀態(tài)均有正常的I2S輸出，且芯片和SPKP&SPKM沒有輸出，故排除異常狀態(tài)由主控平臺未給出音頻導致，推斷為芯片工作狀態(tài)不正常。
2. 芯片進入過壓過流過溫等保護狀態(tài)，芯片異常狀態(tài)下，環(huán)境溫度30℃，板卡工作溫度50℃，且芯片的供電：SPKVDD = 5V; IOVDD = 3.3V; AVDD = DVOO = 1.8V; 電壓工作正常。
排查如下：
硬件方向:
● 確認是否出現輸出過流保護，檢查輸出外部電感和電容。
結果：去除輸出LC濾波電路，此現象仍然出現。
● 檢查上電時序，測試結果符合上電時序要求，SPKVDD>IOVDD>AVDD/DVDD>RST>IIC指令。
軟件方向:
查驗寄存器配置 ，發(fā)現其故障原因是芯片在初始化過程中先打開了CLASS-D, 后打開DAC。正確順序應該是先打開DAC再打開CLASS-D，修改為正確寄存器順序后，高低溫壓測1000次，故障未在出現。
故此次故障的原因為 ：芯片初始化過程中顛倒了 CLASS-D和 DAC開啟順序，從而導致芯片偶發(fā)初始化失敗。
圖7. CLASS-D和DAC錯誤順序
總結
本文分析了TAS2505-Q1在應用過程中出現問題的原因，并且從硬件和軟件方向提出了故障排查指南，并給出相應的優(yōu)化措施，有助于工程師在設計出魯棒性更強的音頻系統(tǒng)。同時，有助于工程師在遇見相似問題時能夠更高效地排查故障 。另外，給出一個實際用例，供大家參考。
參考文獻
TAS2505-Q1 2.6-W Digital/Analog Input Automotive Class-D Speaker Amplifier With Audio Processing datasheet (Rev. C)
TAS2505 Application Reference Guide
TAS25xx Codec Control EVM (Rev. A)
Automotive Diagnostics Using TAS2505-Q1 (Rev. C)
來源：TI
作者：Xiaoxiang Liu
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