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，而歐洲因交通事故造成的死亡人數(shù)卻在下降。 (1)基于這些信息，研究發(fā)現(xiàn)人們接受醫(yī)療護(hù)理的速度與其存活機(jī)會(huì)之間存在著因果關(guān)系。

為進(jìn)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(shí)，利用手機(jī)和衛(wèi)星定位功能與最近的救援中心號(hào)碼建立電話連接。除了語(yǔ)音連接以外，車載緊急呼叫系統(tǒng)還報(bào)告并傳輸事故地點(diǎn)、事故類型以及車輛相關(guān)信息。

Note:
1) 來源： https://iris.who.int/bitstream/handle/10665/375016/9789240086517-eng.pdf?sequence=1

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圖1: 緊急呼叫（E-Call）系統(tǒng)

汽車緊急呼叫系統(tǒng)要具備高效率以及診斷功能，這對(duì)音頻系統(tǒng)提出了特殊的要求，例如要求揚(yáng)聲器具備診斷功能和低功耗。本文將以車規(guī)級(jí) D 類音頻放大器 MPQ7795-AEC1 4為例，探討如何改進(jìn)緊急呼叫系統(tǒng)的音頻功能。該音頻放大器非常適合空間受限的高功率音頻系統(tǒng)。

車規(guī)級(jí)緊急呼叫系統(tǒng)

圖 2 顯示了采用MPQ7795-AEC1 4 實(shí)現(xiàn)的典型緊急呼叫系統(tǒng)簡(jiǎn)化功能框圖。

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圖2: 緊急呼叫（E-Call）系統(tǒng)簡(jiǎn)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(hào)的輸入前端和輸出被組合成單個(gè)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(hào)路徑通過電話為駕駛員和緊急呼叫中心提供語(yǔ)音連接，因此大多數(shù)系統(tǒng)只需要一個(gè)通道就足夠，這個(gè)通道中包含1 個(gè)麥克風(fēng)、1 個(gè) ADC、1 個(gè) DAC、1 個(gè) D 類放大器和 1 個(gè)揚(yáng)聲器。

DAC 的輸出信號(hào)具有低電流和低電壓能力，MPQ7795-AEC1 4 作為一款理想的 D 類音頻放大器能夠?yàn)樾盘?hào)提供更高的電壓和電流能力，用以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器中的驅(qū)動(dòng)器。

AB 類放大器和 D 類音頻放大器

汽車抬頭顯示系統(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(shí)現(xiàn)起來很簡(jiǎn)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(huì)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(shí)現(xiàn)被動(dòng)（甚至主動(dòng)）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(jí)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(duì)EMI 問題。除卻這一點(diǎn)，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)。

高效率及出色的EMI性能

汽車緊急呼叫系統(tǒng)通常需要大量的電力。MPQ7795-AEC1 4 可充當(dāng) D 類放大器的橋接負(fù)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）。

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圖3: MPQ7795-AEC1 BTL D類放大器

BTL 放大器的輸出信號(hào)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(hào)和反饋信號(hào)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(jì)算：

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：

其中R是揚(yáng)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(zhǎng)時(shí)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 4 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(yáng)聲器的效率與輸出功率之間的關(guān)系曲線。此外，MPQ7795-AEC1 4 集成的150mΩ 低導(dǎo)通電阻 (RDS(ON)) MOSFET也可提高效率。

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圖4: MPQ7795-AEC1效率曲線

此外，當(dāng)選擇頻率為 2.2MHz 時(shí)，由于外部電感數(shù)量較少，PCB 面積也可相應(yīng)減小。圖 5 顯示了 MPQ7795-AEC1 4 所具有的小 PCB 面積。

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圖5: MPQ7795-AEC1的小 PCB 面積

除了具備高效率和小 PCB 尺寸，MPQ7795-AEC1 4 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(biāo)準(zhǔn)。圖 6 顯示了 CISPR 25 Class 5峰值傳導(dǎo)發(fā)射EMI測(cè)試結(jié)果。

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圖 6：CISPR 25 Class 5 峰值傳導(dǎo)發(fā)射 EMI 結(jié)果

圖 7 顯示了 CISPR 25 Class 5峰值平均傳導(dǎo)發(fā)射EMI 結(jié)果。

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圖 7：CISPR 25 Class 5平均傳導(dǎo)發(fā)射 EMI 結(jié)果

音頻放大器的負(fù)載檢測(cè)功能

對(duì)汽車緊急呼叫系統(tǒng)來說，在嚴(yán)重事故發(fā)生后系統(tǒng)仍保持正常運(yùn)行非常關(guān)鍵。因此，D類音頻放大器必須具有集成檢測(cè)通信，以便放大器能夠?qū)z測(cè)結(jié)果傳送給處理器。一旦發(fā)生事故，檢測(cè)系統(tǒng)可幫助確認(rèn)揚(yáng)聲器仍然可以實(shí)現(xiàn)駕駛員和緊急服務(wù)人員之間的通信。

MPQ7795-AEC1 4 的負(fù)載檢測(cè)功能可以檢測(cè)負(fù)載開路、負(fù)載短路、輸出對(duì) VDD 短路以及輸出對(duì)地短路等情況。一旦器件啟動(dòng)，在部件開始切換之前或進(jìn)入故障狀態(tài)之前，負(fù)載診斷即開始運(yùn)行。診斷期間，輸出處于高阻抗 (Hi-Z) 狀態(tài)。負(fù)載檢測(cè)通常需要 480ms。如果檢測(cè)到任何故障情況，MPQ7795-AEC1 4 即向微控制器 (MCU) 報(bào)告故障狀態(tài)。另外，MPQ7795-AEC1 4 在負(fù)載檢測(cè)期間不會(huì)出現(xiàn)氣爆雜音。

結(jié)語(yǔ)

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。當(dāng)然，理想情況下，駕駛員永遠(yuǎn)不需要使用緊急呼叫系統(tǒng)；但一旦發(fā)生事故，擁有 D 類音頻放大器以有效促進(jìn)駕駛員或乘客與緊急服務(wù)中心之間的通信十分必要。

MPQ7795-AEC1 4 是一款車規(guī)級(jí) D 類音頻放大器 1 ，它提供負(fù)載檢測(cè)功能，能夠以超小尺寸的器件封裝確保容錯(cuò)操作和高輸出功率。請(qǐng)?jiān)L問 MPS 網(wǎng)站了解其他 D 類音頻放大器，以滿足您的汽車設(shè)計(jì)需求。

參考資料

1) 世界衛(wèi)生組織 （WHO）（日期不詳）：2023 年全球道路安全狀況報(bào)告。日內(nèi)瓦；License：CC BY-NC-SA 3.0 IGO


審核編輯 黃宇