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TAS2505-Q1無聲故障排查指南

發(fā)布時(shí)間:2023-01-05 來源:TI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】TAS2505-Q1 是一款支持?jǐn)?shù)字和模擬輸入的車規(guī)級(jí)D類功率放大器,其輸出功率可達(dá)2.6W。內(nèi)部集成了LDO,能夠單電源供電,簡(jiǎn)化了供電電路的設(shè)計(jì)。除此之外,TAS2505-Q1內(nèi)部還集成了DSP功能,使得此芯片對(duì)音頻有一定的處理能力,更進(jìn)一步地簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。此芯片還提供I2C&SPI數(shù)字通信接口,價(jià)格便宜,滿足低成本的設(shè)計(jì)要求。在過去的10多年內(nèi)得到了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可,有良好的口碑,是汽車儀表盤、緊急呼叫(eCall)和遠(yuǎn)程通信應(yīng)用的理想選擇。           


本文分析了TAS2505-Q1連接揚(yáng)聲器偶發(fā)沒有聲音情況,總結(jié)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(yīng)用案例中,出現(xiàn)問題的狀況主要表現(xiàn)為上電后偶發(fā)揚(yáng)聲器沒有聲音,其對(duì)應(yīng)的TAS2505-Q1的 輸出端SPKP & SPKM沒有輸出。出現(xiàn)這個(gè)問題的情況應(yīng)當(dāng)從硬件方向和軟件方向考慮。


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圖1. TAS2505-Q1框圖


硬件方向


上電時(shí)序以及電源穩(wěn)定性,時(shí)鐘狀態(tài),輸出端是否過流


1. 上電時(shí)序以及電源穩(wěn)定性


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圖2. TAS2505-Q1內(nèi)部框圖


A:  AVDD和IOVDD的是否是同一個(gè)電源,其時(shí)序如下圖,SPKVDD>IOVDD>AVDD/DVDD>RST>IIC指令。且需要滿足如圖,的時(shí)間間隔要求。


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圖3 AVDD和IOVDD同電源上電時(shí)序要求


表1 AVDD和IOVDD同電源上電時(shí)序間隔時(shí)間

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B: AVDD和IOVDD不是同一個(gè)電源,其時(shí)序如下圖,SPKVDD>IOVDD>AVDD>DVDD>RST>IIC指令。


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圖4.  AVDD和IOVDD不同電源時(shí)序要求


表2 AVDD和IOVDD不同電源上電時(shí)序間隔時(shí)間

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排查時(shí)需要注意除了對(duì)應(yīng)的時(shí)序,還需要檢查各個(gè)電源軌是否電壓工作正常,如AVDD/DVDD是否在上電時(shí)達(dá)到了1.8V。AVDD及DVDD分別是對(duì)內(nèi)部的模擬器件和數(shù)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(nèi)部的寄存器和DAC等工作狀態(tài)就不可控,也會(huì)出現(xiàn)TAS2505-Q1沒有輸出的情況。在實(shí)際應(yīng)用中,簡(jiǎn)化電路可將AVDD和DVDD采用一個(gè)1.8V電源共同提供(建議使用外部LDO 而不是 TAS2505-Q1 的內(nèi)部 LDO)。對(duì)應(yīng)電源電壓如表3。


表3. TAS2505-Q1電源要求

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如果在上電過程中不滿足時(shí)序和電平要求會(huì)導(dǎo)致TAS2505-Q1初始化失敗,偶發(fā)出現(xiàn)TAS2505-Q1的輸出端為低電平,從而導(dǎo)致?lián)P聲器無聲故障。


2. 時(shí)鐘狀態(tài)


TAS2505-Q1的內(nèi)部時(shí)鐘和I2S時(shí)鐘,DAC參考內(nèi)部時(shí)鐘,其中內(nèi)部時(shí)鐘有兩種來源——BCLK (Audio serial bit clock) 和MCLK (External master clock),內(nèi)部選擇其中一個(gè)即可。BCLK是模塊內(nèi)的同步信號(hào),TAS2505-Q1的BCLK即可以由外部提供,也可以由芯片提供(此時(shí)就需要使用MCLK)。內(nèi)部PLL的輸入由BCLK/MCLK分頻得出,如果BCLK/MCLK工作不穩(wěn)定,內(nèi)部PLL也會(huì)不穩(wěn)定,尤其在使用IIC/SPI對(duì)芯片寄存器進(jìn)行操作時(shí),就可能導(dǎo)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(xiàn)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(hào)接收/發(fā)送時(shí)BCLK/MCLK穩(wěn)定。


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3. 輸出端是否過流


通常 Class D 功放芯片都會(huì)設(shè)計(jì)有過流保護(hù)功能,在輸出電流超過限流閥值后芯片自動(dòng)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)信號(hào)停止輸出。一般的過流保護(hù)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(hù)現(xiàn)象是由于高次諧波能量過大引起。高次諧波過流保護(hù)是一種特殊的過功率現(xiàn)象。通常用戶的電路設(shè)計(jì)完全正確,常規(guī)功率測(cè)試未超過額定功率。這種保護(hù)具有以下幾個(gè)特征:


●   問題機(jī)器在1KHz 標(biāo)準(zhǔn)音頻信號(hào)測(cè)試時(shí)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(xiàn)保護(hù)。

●   使用水泥電阻代替喇叭作為負(fù)載,保護(hù)現(xiàn)象消失。

●   減小,或者去掉輸出LC 濾波器的電容,保護(hù)現(xiàn)象消失。


解決方法:


減小 LC 濾波器網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn)大于高次諧波可能達(dá)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(hù)的問題。


優(yōu)點(diǎn):無需修改電路,只需要修改參數(shù)值。


缺點(diǎn):LC 網(wǎng)絡(luò)濾波效果變差,開關(guān)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(diǎn),并針對(duì)差異點(diǎn)查閱規(guī)格書或應(yīng)用指南,發(fā)現(xiàn)問題。


2. 軟件初始化的寄存器配置

 

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圖5.  CLASS-D和DAC內(nèi)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(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致初始化的時(shí)候失敗, 芯片內(nèi)部工作不正常, 偶發(fā)TAS2505-Q1無輸出, 揚(yáng)聲器沒有聲音。


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圖6.  CLASS-D和DAC正確順序


調(diào)查舉例


案例的故障描述如下:


WHAT: 車輛啟動(dòng)后不出聲音, TAS2505-Q1設(shè)計(jì)在儀表盤板卡中,車輛啟動(dòng)后應(yīng)當(dāng)有對(duì)應(yīng)的提示音。


WHO: 車廠測(cè)試工程師


WHEN: 車輛0km測(cè)試過程中


WHERE: 車廠 + 汽車儀表供應(yīng)商


HOW: 車輛冷啟動(dòng)的時(shí)候,本來儀表會(huì)通過 TAS2505-Q1發(fā)出開機(jī)提示音。但是沒有發(fā)生聲音。后測(cè)量其TAS2505-Q1的SPKP&SPKM,發(fā)現(xiàn)在出問題時(shí)沒有輸出,正常情況下有穩(wěn)定的方波輸出,車廠進(jìn)行ABA后故障跟隨芯片。


HOW MUCH:出現(xiàn)此情況的芯片復(fù)現(xiàn)的概率為30%。


故障分析


1.主控平臺(tái)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(tái)未給出音頻導(dǎo)致,推斷為芯片工作狀態(tài)不正常。


2. 芯片進(jìn)入過壓過流過溫等保護(hù)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(rèn)是否出現(xiàn)輸出過流保護(hù),檢查輸出外部電感和電容。


結(jié)果:去除輸出LC濾波電路,此現(xiàn)象仍然出現(xiàn)。


●   檢查上電時(shí)序,測(cè)試結(jié)果符合上電時(shí)序要求,SPKVDD>IOVDD>AVDD/DVDD>RST>IIC指令。


軟件方向:


查驗(yàn)寄存器配置 ,發(fā)現(xiàn)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(yīng)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(cè)1000次,故障未在出現(xiàn)。


故此次故障的原因?yàn)?:芯片初始化過程中顛倒了 CLASS-D和 DAC開啟順序,從而導(dǎo)致芯片偶發(fā)初始化失敗。


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圖7.  CLASS-D和DAC錯(cuò)誤順序


總結(jié)               


本文分析了TAS2505-Q1在應(yīng)用過程中出現(xiàn)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(yīng)的優(yōu)化措施,有助于工程師在設(shè)計(jì)出魯棒性更強(qiáng)的音頻系統(tǒng)。同時(shí),有助于工程師在遇見相似問題時(shí)能夠更高效地排查故障 。另外,給出一個(gè)實(shí)際用例,供大家參考。


參考文獻(xiàn)


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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