摘要

　　TPA2028D1 是 TI 針對便攜設備推出的具有 AGC/DRC 功能的低功耗 D 類放大器。由于性能突出，在業界得到了廣泛的應用。而其本身可以通過 I2C 進行配置，從而使得設計者能夠根據不同的應用，優化芯片設置，獲得更好的效果。

　　本文討論了怎樣優化 TPA2028D1 設置，使其能夠更好的快速響應智能手機等設備中的突發音，例如鍵盤音，提示音等信號。

　　1.介紹

　　TPA2028D1 是 TI 針對移動設備推出的高效率 D 類放大器。所集成的 DRC 和 AGC 功能能夠根據輸入信號的大小自動調整放大器的增益，以達到防止功放削波失真的目的，并且有效的提升輸出平均功率，從而改善音樂的回放效果。

　　TPA2028D1 具有靈活的可配置性。設計者能夠通過 I2C 訪問其寄存器，對放大器使能，增益，響應速度等多個參數進行配置，使其能夠針對不同的應用場景進行優化。

　　由于 DRC 和 AGC 會根據信號大小調節增益，針對連續的音樂信號需要設置一定的 Attack Time 和Release Time 來保證優良的回放效果。但是對于突發音信號維持時間過短，并且由于省電的需要，需要在播放前使能 TPA2028D1，并在播放結束后將其關閉。因此一些設計中，在播放例如鍵盤音或拍照音的時候存在聲音過小，或聲音漸變等現象。

　　本文通過對此現象的成因進行分析，討論了如何通過優化芯片參數的設置，解決類似問題的方法。

　　2.TPA2028的兩種關閉/使能方式

　　TPA2028可以通過硬件和軟件兩種方式進行關閉和使能。

　　l 通過芯片 EN管腳，硬件的使能關閉方式；

　　l 通過芯片寄存器 0x01 bit6 EN和 bit5 SWS，軟件的使能關閉方式

　　2.1

　　2.2

　　2.1 硬件關閉/使能

　　關閉：

　　l EN管腳置低，芯片進入關閉狀態，所有寄存器被清除

　　使能：

　　l EN管腳置高，芯片進入使能狀態，所有寄存器進入初始狀態，如 Table 1。由于在初始狀態寄存器 0x01 EN=1 SWS=0 ，功放部分使能，可以直接進行播放；

　　Table 1. TPA2028D1寄存器初始值

　　TPA2028D1的設計為，芯片使能后放大器初始增益由 Fixed Gain決定。而 TPA2028D1 Fixed Gain寄存器 Reg5/bit5:0 初始值為 00110，即 6dB，因此在此狀態下放大器的增益初始值固定為 6dB。由于Max Gain寄存器 Reg7/bit7:4初始值為 30dB，因此此時播放的信號以 Release time寄存器 Reg3/bit5:0的初始值 1.81秒/6dB的速度，從 6dB慢慢向 30dB增加。如 Figure 1所示。因此會造成明顯的淡入效果，對于存在時間過于短暫的信號，則造成過小的現象。

　　Figure 1. 硬件使能 TPA2028D1增益遞增

　　2.2軟件關閉/使能

　　關閉：

　　l EN=0 （Reg1/bit6）或者 SWS=1 （Reg1/bit5）

　　使能：

　　l EN=1 （Reg1/bit6）或者 SWS=0 （Reg1/bit5）

　　EN 和 SWS 不會清除寄存器的設定狀態，所有寄存器值維持原先的設置，因此 TPA2028D1 在軟件使能之后可以按照設定的 Fixed Gain和 Max Gain以及 Release Time進行變化。如 Figure 2所示。因此只需要設置合適的 Fixed Gain， Max Gain 和 Release Time，就可以控制這種變化，從而消除 AGC和DRC帶來的淡入淡出問題。

　　Figure 2. 硬件使能 TPA2028D1增益遞增

　　值得注意的是，由于芯片內部狀態的建立需要時間，因此會產生一定的輸出延遲。TPA2028 的延遲在 6ms 左右，由于這個時間相對 Ramp up 的時間相對短暫，而且處理器播放突發音時普遍存在一定的延遲，所以在一般的設計中輸出延遲可以忽略。但如果在實際的應用中有處理器播放未加延遲的情況，則可以通過在處理器播放突發音文件前加入 6ms延遲來解決。

　　Figure 3. 輸出延遲

　　3. 利用不同的應用模式選擇合適的參數設置

　　根據上面對突發音淡入現象原因的分析，為了解決 TPA2028D1 對突發音信號的響應問題，解決問題的方式為：

　　l 用軟件使能 TPA2028D1代替硬件使能；

　　l 縮小設置的 Fixed Gain和 Max Gain之間的差別。

　　但由于音樂播放等應用中，Fixed Gain和 Max Gain仍需要存在一定的差別。因此我們可以通過：

　　l 找到一組中間參數能夠平衡連續的音樂播放和突發音播放效果；

　　l 根據不同的應用判斷是否存在突發音的播放，分別針對連續音樂的播放和突發音的播放設置兩套不同的參數。由于在實際應用中，使能 TPA2028D1，播放突發音，再關閉，的應用都是在一些特定的應用下進行。例如播放拍照音時，設備一般處于拍照狀態；鍵盤音，設備處于鍵盤輸入狀態。因此我們可以根據不用的應用決定 TPA2028 參數的設置，使得在消除突發音淡入淡出效果時，不影響到音樂的播放效果。

　　由于現存的智能便攜設備操作系統應用程序處于 UI層，而控制 TPA2028D1的驅動處于驅動層，因此需要通過驅動讀取操作系統的相關 log文件對于應用程序進行判斷。

　　3.1適合突發音的設置

　　由于快速信號和音樂動態范圍和播放幅度不一樣，因此可以選擇獨立于音樂播放之外的另一套更適合快速信號播放的 TPA2028的參數。

　　選擇提示音播放增益。因為 TPA2028在芯片輸出使能后，增益會從 Fixed Gain向 Max Gain變化，因此縮小 Fixed Gain 與 Max Gain 的區別（3dB 以內的增益變化一般不會引起聽覺響度明顯的變化），能夠限制 Gain的大幅變化。

　　選擇這個增益時還需要注意信號幅度和最大音量之間的關系，防止提示音過小或過大引起的問題。對于峰峰值在 500mV左右的輸出信號，建議的增益設置在 18dB~22dB之間。

　　由于快速信號動態范圍相對固定，因此一般不需要 DRC的介入，因此建議設置壓縮比為 1:1。

　　當增益的變化被控制在較小的變化范圍以內，Attack Time， Hold Time和 Release Time等參數對于漸變的影響就變得相對較小，但仍建議盡量減小將這幾個參數的值。

　　此外，因為軟件關閉芯片后，芯片的 I2C 部分仍然使能，因此相比硬件關閉芯片功耗要高。在 3.6V至 4.2V 范圍內，硬件關閉芯片，靜態電流在 0.2uA 至 0.3uA 之間。而使用軟件關閉芯片后，芯片的靜態電流在 50uA至 65uA之間。因此在設備進入待機后可以硬件關閉 TPA2028。

　　3.2突發音設置的時序控制

　　因為在開機或者退出待機狀態等情況下，仍然存在 EN 從拉低狀態到拉高狀態的變化，此時TPA2028D1 所有寄存器值均為初始狀態。因此在一次進入突發音播放的情況下，我們需要設置芯片寄存器參數，使其適合突發音信號的播放。而使用軟件使能和關閉芯片，不會清除寄存器的狀態，因此之后使用軟件關閉芯片后，再次使能前則不需要重新設置寄存器參數。

　　首次使能時序的控制：

　　l 將 EN管腳拉高，使能芯片；

　　l 在 6ms內使用 I2C將 SWS設置為 1，軟件關閉 TPA2028；

　　l 設置 Fixed Gain和 Max Gain，以及 Attack/Release Time；

　　l 使用 I2C將 SWS設置為 0，軟件使能 TPA2028；

　　l 延遲 6ms后開始進行突發音的播放。

　　關閉時序的控制：

　　l 保持 EN管腳拉高，芯片一直處于使能狀態；

　　l 使用 I2C將 SWS設置為 1，軟件關閉 TPA2028；

　　再次使能時序的控制

　　l 使用 I2C將 SWS設置為 0，軟件使能 TPA2028；

　　l 延遲 6ms后開始進行突發音的播放。

　　3.3實際案例

　　Android 智能手機，TPA2028D1 的應用中，出現了電話撥號的應用中，連續按撥號鍵，按鍵提示音逐漸變大的現象。

　　檢查按鍵音播放的流程為：

　　l 進入電話撥號應用程序后，TPA2028D1的 EN管腳被拉低；

　　l 處理器得到按鍵鍵值后，讀取按鍵音音頻文件，并同時拉高 EN腳進行播放；

　　l 延時 1秒，如果沒有其他鍵按下，則拉低 EN腳關閉 TPA2028D1。

　　用 1kHz連續信號代替按鍵音，實測 TPA2028D1輸出波形如 Figure 4，信號緩慢增加，音量由小到大漸變。

　　Figure 4. 實際案例更改前 TPA2028D1輸出遞增波形

　　更改播放時序如下：

　　l 進入電話撥號應用程序后，拉高 TPA2028D1的 EN管腳；

　　l 通過 I2C設置芯片：

　　I2CWrite（0xb0， 0x01， 0xe3）; //SWS=1， disable TPA2028D1

　　I2CWrite（0xb0， 0x05， 0x1e）; //Fixed Gain=30dB

　　I2CWrite（0xb0， 0x07， 0xc0）; //Max Gain=30dB

　　l 處理器得到按鍵鍵值后，讀取按鍵音音頻文件，同時通過 I2C設置芯片：

　　I2CWrite（0xb0， 0x01， 0xc3）; //SWS=1， enable TPA2028D1

　　使能 TPA2028，進行按鍵音播放；

　　l 延時 1秒，如果沒有其他鍵按下，則同時通過 I2C設置芯片：

　　I2CWrite（0xb0， 0x01， 0xe3）; //SWS=1， disable TPA2028D1

　　關閉 TPA2028。

　　l 手機推出電話撥號應用程序后，或者手機進入待機狀態后拉低 TPA2028D1的 EN管腳。

　　實測波形如 Figure 5。實際使用中，連續按按鍵，按鍵提示音正常。

　　Figure 5. 實際案例更改后輸出波形

　　4 小結

　　TPA2028D1由于加入了有效改善音樂重放效果的 AGC/DRC，其中包含的延遲設置，無法對于突發音等短暫信號起到快速響應的效果。在我們的實際應用中，如果能夠從以下兩個方面完善設計：

　　l 判斷播放模式，區分音樂和突發音的應用場景，分別優化參數設置；

　　l 以軟件方式使能或者關閉芯片；

　　即可達到更優的播放效果。