世界衛(wèi)生組織(WHO)的數(shù)據(jù)顯示，全球范圍內(nèi)因交通事故造成的死亡人數(shù)每年都在增加。為進一步降低死亡率，智能交通系統(tǒng)催生了緊急呼叫(即E-Call)功能。緊急呼叫系統(tǒng)用于在發(fā)生交通事故時，利用手機和衛(wèi)星定位功能與最近的救援中心號碼建立電話連接。除了語音連接以外，車載緊急呼叫系統(tǒng)還報告并傳輸事故地點、事故類型以及車輛相關(guān)信息。

汽車緊急呼叫系統(tǒng)要具備高效率以及診斷功能，這對音頻系統(tǒng)提出了特殊的要求，例如要求揚聲器具備診斷功能和低功耗。今天，我們就以車規(guī)級 D 類音頻放大器 MPQ7795-AEC1 為例，探討如何改進緊急呼叫系統(tǒng)的音頻功能。這款音頻放大器非常適合空間受限的高功率音頻系統(tǒng)。

一、車規(guī)級緊急呼叫系統(tǒng)

圖 2 顯示了采用 MPQ7795-AEC1 實現(xiàn)的典型緊急呼叫系統(tǒng)簡化功能框圖。

圖2: 緊急呼叫(E-Call)系統(tǒng)簡化功能框圖

緊急呼叫系統(tǒng)由備用電池供電，即使事故導(dǎo)致汽車電池與系統(tǒng)斷開連接，緊急呼叫系統(tǒng)也仍能工作。音頻信號的輸入前端和輸出被組合成單個編解碼器，其中包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)。由于音頻信號路徑通過電話為駕駛員和緊急呼叫中心提供語音連接，因此大多數(shù)系統(tǒng)只需要一個通道就足夠，這個通道中包含1 個麥克風(fēng)、1 個 ADC、1 個 DAC、1 個 D 類放大器和 1 個揚聲器。DAC 的輸出信號具有低電流和低電壓能力，MPQ7795-AEC1作為一款理想的 D 類音頻放大器，能夠為信號提供更高的電壓和電流能力，用以驅(qū)動揚聲器中的驅(qū)動器。

二、AB 類放大器和 D 類音頻放大器

汽車音頻系統(tǒng)中通常有兩種音頻放大器可供選擇：AB 類放大器和 D 類放大器。

AB 類音頻放大器實現(xiàn)起來很簡單，其使用方便且適用于多種汽車音頻系統(tǒng)。這些線性放大器不會產(chǎn)生電磁干擾 (EMI)，而且不需要很多外部電子元件。但其效率極低且散熱性能差，因此需要用散熱器和風(fēng)扇來實現(xiàn)被動(甚至主動)熱管理。這些額外的外部組件讓 AB 類音頻放大器總體而言成本高于D 類音頻放大器。

D 類音頻放大器是一種開關(guān)放大器。其功率級始終工作在開關(guān)模式下，與 AB 類放大器相比，這最大限度地降低了功耗。此外，D 類音頻放大器是一種高效率開關(guān)放大器，它幾乎不需要熱管理。不過，它仍然需要輸出電感和 EMI 濾波器來應(yīng)對EMI 問題。除卻這一點，D 類音頻放大器因其超高的效率和小尺寸而廣泛應(yīng)用于汽車緊急呼叫系統(tǒng)。

三、高效率及出色的 EMI 性能

汽車緊急呼叫系統(tǒng)通常需要較大的功率。MPQ7795-AEC1可充當 D 類放大器的橋接負載 ( BTL ) 結(jié)構(gòu)，它完全可以滿足汽車緊急呼叫系統(tǒng)的功率要求(見圖 3)。

圖3: MPQ7795-AEC1 BTL D類放大器

BTL 放大器的輸出信號幅度 ( VOUT_BTL ) 可以與放大器的電源電壓 ( VDD )一樣高。其輸入音頻信號和反饋信號耦合到比較器的反相輸入，從而創(chuàng)建單端電路。

VOUT_BTL 可通過公式 (1) 來計算：

VOUT_BTL = (2D?1) × VDD (1)

其中D是占空比。

BTL 放大器的最大輸出功率( POUT_BTL_MAX ) 可通過公式(2)估算：

POUT_BTL_MAX = ( VDD )2 / 2R (2)

其中 R 是揚聲器的電阻。緊急呼叫系統(tǒng)的重要功能之一是讓駕駛員盡可能長時間地與緊急服務(wù)人員通話，這意味著系統(tǒng)效率要非常高。為提高效率，MPQ7795-AEC1可以將開關(guān)頻率 (fSW) 設(shè)置為 330kHz、384kHz、470kHz 或者 2.2MHz。在 470kHz 和 2.2MHz 工作頻率下，其效率均超過 90%。圖 4 顯示了 8Ω 揚聲器的效率與輸出功率之間的關(guān)系曲線。此外，MPQ7795-AEC1 集成的150mΩ 低導(dǎo)通電阻 (RDS(ON)) MOSFET也可提高效率。

圖4: MPQ7795-AEC1效率曲線

此外，當選擇頻率為 2.2MHz 時，由于外部電感感值較小，PCB 面積也可相應(yīng)減小。圖 5 顯示了 MPQ7795-AEC1 的超小占板面積。

圖5: MPQ7795-AEC1的超小占板面積

除了具備高效率和小 PCB 尺寸，MPQ7795-AEC1 還具有出色的 EMI 性能，使用 2m 輸出電纜也可滿足 CISPR 25 Class 5 標準。圖 6 顯示了 CISPR 25 Class 5 傳導(dǎo) EMI(峰值)測試結(jié)果。

圖 6：CISPR 25 Class 5 傳導(dǎo) EMI(峰值)測試結(jié)果 圖 7 顯示了 CISPR 25 Class 5 傳導(dǎo) EMI(平均值)測試結(jié)果。

圖 7：CISPR 25 Class 5 傳導(dǎo) EMI(平均值)測試結(jié)果

四、音頻放大器的負載檢測功能

對汽車緊急呼叫系統(tǒng)來說，在嚴重事故發(fā)生后，系統(tǒng)仍保持正常運行非常關(guān)鍵。因此，D類音頻放大器必須具有集成檢測通信，以便放大器能夠?qū)z測結(jié)果傳送給處理器。一旦發(fā)生事故，檢測系統(tǒng)可幫助確認揚聲器仍然可以實現(xiàn)駕駛員和緊急服務(wù)人員之間的通信。

MPQ7795-AEC1的負載檢測功能可以檢測負載開路、負載短路、輸出對 VDD 短路以及輸出對地短路等情況。一旦器件啟動，在部件開始切換之前或進入故障狀態(tài)之前，負載診斷即開始運行。診斷期間，輸出處于高阻抗 (Hi-Z) 狀態(tài)。負載檢測通常需要 480ms。如果檢測到任何故障情況，MPQ7795-AEC1即向微控制器 ( MCU ) 報告故障狀態(tài)。另外，MPQ7795-AEC1在負載檢測期間不會出現(xiàn)氣爆雜音。

結(jié)語

為了降低車禍死亡率，擁有可靠的緊急呼叫系統(tǒng)以盡快提供緊急服務(wù)至關(guān)重要。一旦發(fā)生事故，D 類音頻放大器能夠有效促進駕駛員或乘客與緊急服務(wù)中心之間的通信。

MPQ7795-AEC1是一款車規(guī)級 D 類音頻放大器，它提供負載檢測功能，能夠以超小尺寸的器件封裝確保容錯操作和高輸出功率。