除了汽車(chē)收音機和汽車(chē)音響外(wài)，車(chē)内外(wài)還會發出各種聲音。例如，開(kāi)啓轉向指示燈，汽車(chē)會發出“滴答、滴答”的轉向提示音。另外(wài)，啓動用來避免發生(shēng)撞擊的制動系統時，會響起警告音，這是高級駕駛輔助系統（ADAS）的功能之一(yī)。近來，xEV等電(diàn)機驅動的汽車(chē)，都配備當行人靠近車(chē)輛時的聲學車(chē)輛警示系統（AVAS）。除此之外(wài)，汽車(chē)還會發出其他的各種語音，如啓動引擎時的歡迎語、ETC的提示音等。
圖1.多功能車(chē)載儀表盤所需的各種聲音
上面提到的轉向提示音，以前聽(tīng)到的是機械繼電(diàn)器的切換聲，但實現電(diàn)子化之後，即使不用繼電(diàn)器，也會有聲音從揚聲器中(zhōng)傳出。這隻是我(wǒ)們從聲音中(zhōng)獲取重要信息的一(yī)個例子，未來，随着AI或自動駕駛技術的發展，對人與汽車(chē)之間的雙向交流會有更高的要求，因此，聲音作爲促進雙向交流的工(gōng)具之一(yī)，其存在感應該會進一(yī)步增加。
輸出上述ADAS和AVAS語音的系統，大(dà)緻分(fēn)爲使用蜂鳴器的系統和使用揚聲器的系統。前者雖然成本很低，但可播放(fàng)的頻(pín)率有限。而後者與音頻(pín)設備一(yī)樣，可在更寬的頻(pín)段播放(fàng)。很長一(yī)段時間以來，駕駛艙周圍隻需要轉向提示音和蜂鳴聲就足夠了，不需要多樣化的語音。但現在，由于駕駛艙周圍所需要的語音呈現多樣化趨勢，導緻出現沒有揚聲器就無法配置系統的局面。
因此，揚聲器放(fàng)大(dà)器IC就變得必不可少。揚聲器放(fàng)大(dà)器IC是用于放(fàng)大(dà)SoC(System On a Chip)等輸出的語音信号，使電(diàn)流流向揚聲器來實現驅動的IC。語音信号格式有兩種，一(yī)種是輸入正弦波等模拟信号的模拟輸入型，另一(yī)種是使用I2S等數字音頻(pín)格式的數字輸入型，需要根據應用系統區分(fēn)使用。另外(wài)，揚聲器放(fàng)大(dà)器IC的輸出方式大(dà)緻分(fēn)爲AB類放(fàng)大(dà)器和D類放(fàng)大(dà)器，雖然AB類放(fàng)大(dà)器的功率轉換效率較低，且IC發熱較嚴重，但具有不會産生(shēng)不必要的輻射的優點。而D類放(fàng)大(dà)器，雖然功率轉換效率高，且IC發熱量少，但會産生(shēng)不必要的輻射，故需要在輸出端配置LC濾波器。因此通常在容許的發熱量範圍内，采用AB類放(fàng)大(dà)器；在需較大(dà)輸出功率且不容許發熱時，采用D類放(fàng)大(dà)器。
無論采用何種輸出方式，車(chē)載揚聲器放(fàng)大(dà)器都需具有高可靠性，且兼具大(dà)功率輸出（音量大(dà)）和安全性。可靠性的重要性是毋庸置疑的，但大(dà)功率輸出與安全性之間是此消彼長的關系，兩者兼具的難度非常大(dà)。要實現大(dà)功率輸出，就需要使大(dà)電(diàn)流流向揚聲器，也就相當于加大(dà)IC的輸出晶體(tǐ)管尺寸。但若輸出晶體(tǐ)管尺寸變大(dà)，例如在揚聲器發生(shēng)故障出現短路時，輸出引腳間就可能有大(dà)量電(diàn)流流過。在某些情況下(xià)甚至會損壞IC，進而影響汽車(chē)的安全性。爲防止這一(yī)情況的發生(shēng)，有必要在IC上搭載過電(diàn)流保護電(diàn)路，傳統的揚聲器放(fàng)大(dà)器IC采用的是限制負載電(diàn)流的方式。但采用這種方法時，必須将過電(diàn)流保護電(diàn)路的工(gōng)作阈值設置爲小(xiǎo)于可輸出的[敏感詞]電(diàn)流的值，如圖2所示。因此存在[敏感詞]輸出功率受限，且在大(dà)功率輸出時發生(shēng)波形（聲音）失真的問題。
圖2.過電(diàn)流保護電(diàn)路的波形示意圖
ROHM開(kāi)發出兼具大(dà)功率輸出與安全性，完美解決這一(yī)問題的車(chē)載儀表盤用揚聲器放(fàng)大(dà)器“BD783xxEFJ-M”。該系列産品以儀表盤中(zhōng)需求多的5V電(diàn)源運行、且輸出功率1～2W爲主要目标，輸入方式采用了模拟輸入，輸出方式采用了元器件數量較少的AB類。該系列産品具備如下(xià)所示的三大(dà)優勢。
3-1. 具有過電(diàn)流保護功能，且實現了2.8W大(dà)功率輸出
新産品“BD783xxEFJ-M”采用新研發的過電(diàn)流保護電(diàn)路，兼顧了大(dà)功率輸出與安全性。在電(diàn)源電(diàn)壓5V、負載4Ω的條件下(xià)，輸出功率可達2.8W（THD+N<10％），并且其保護功能可防止揚聲器引腳輸出短路引發的故障。
圖3.車(chē)載儀表盤用搭載過電(diàn)流保護功能的揚聲器放(fàng)大(dà)器輸出功率比較
通常，AB類放(fàng)大(dà)器的過電(diàn)流保護電(diàn)路多使用“限流器電(diàn)路”，如上所述，通過限制輸出電(diàn)流，雖然可防止過電(diàn)流的流出，但也限制了輸出功率。要想不限制輸出功率并保護産品免受過電(diàn)流影響，就需要采用“峰值電(diàn)流保護電(diàn)路”，正如字面意思所示，這是一(yī)種檢測峰值電(diàn)流并停止輸出的機制。在輸出電(diàn)流超過[敏感詞]電(diàn)流時，可采用這一(yī)方式檢測電(diàn)流，但在輸出的偏置電(diàn)壓較低的情況下(xià)，如啓動時或欠壓時，即使輸出短路，輸出電(diàn)流的[敏感詞]值也不會超過阈值，因此保護電(diàn)路不會工(gōng)作。因此，峰值電(diàn)流保護電(diàn)路的缺點就是IC發熱溫度高于芯片結溫，糟糕時甚至會損壞芯片。也就是說，如果采用限流電(diàn)路，會導緻聲音失真；如果采用峰值電(diàn)流保護電(diàn)路，則存在無法保護的情況。
爲解決這一(yī)問題，ROHM研究并設計出綜合了這兩種電(diàn)路優勢的新型過電(diàn)流保護電(diàn)路（專利申請中(zhōng)）。該技術在啓動時或欠壓時等不需要輸出大(dà)功率的情況下(xià)，會啓動限流電(diàn)路，以防止IC發熱；在正常運行時，會自動切換爲峰值電(diàn)流保護。這是一(yī)種綜合具備兩種保護電(diàn)路優點，并可實現大(dà)功率輸出的技術
新産品“BD783xxEFJ-M”搭載了這一(yī)新型過電(diàn)流保護電(diàn)路，可切實保護IC免受負載短路影響，且在輸出大(dà)功率時也不會出現失真的情況。
3-2. 可靠性高，支持車(chē)載應用中(zhōng)的嚴苛環境
新産品符合汽車(chē)電(diàn)子産品可靠性标準AEC-Q100，支持工(gōng)作溫度達 Ta=105℃，因此在追求高可靠性的車(chē)載應用領域中(zhōng)也可放(fàng)心使用。該系列産品采用功率封裝（HTSOP-J8），在通常發熱量較大(dà)的AB類放(fàng)大(dà)器中(zhōng)，即使在105℃的工(gōng)作溫度條件下(xià)也可實現大(dà)功率輸出。該封裝雖然是引線框架型封裝，尺寸較小(xiǎo)，僅爲4.9mm×6.0mm×1.0mm，但在使用4層電(diàn)路闆時（依據JEDEC51-5,7标準）的θJA僅爲45.2℃/W，散熱性能非常出色。采用該封裝，相較于ROHM以往的産品，芯片溫升降低了80%（條件：VCC=5V, RL=8Ω, THD＜10%），即使是在Ta=105℃的嚴苛條件下(xià)，也能在不損害功能的前提下(xià)輸出語音，這是以往的封裝無法實現的。另外(wài)，在功能方面，爲了提高其可靠性，除過電(diàn)流保護電(diàn)路之外(wài)，還搭載了其他保護電(diàn)路。在出現異常發熱時，通過溫度保護功能，可防止IC受到損壞；在蓄電(diàn)池瞬斷時，通過欠壓保護功能，可防止産生(shēng)意外(wài)的POP噪聲。因此，該系列産品有助于構建一(yī)個可适用于各種環境的強健系統。
圖4.符合AEC-Q100标準且具備各種保護功能的“BD783xxEFJ-M”
3-3. 通過内置電(diàn)阻，減少元器件數量
在該輸出範圍的AB類放(fàng)大(dà)器中(zhōng)，設置音量時用于調整信号增益的輸入電(diàn)阻和反饋電(diàn)阻通常是外(wài)置的。新産品通過将該電(diàn)阻内置，減少了元器件數量，縮小(xiǎo)了印刷電(diàn)路闆的安裝面積。另外(wài)，該系列産品共有11款機型，增益範圍爲6dB～26dB（以2dB爲增量），可進行精細的增益調整。僅在頻(pín)繁調整增益的樣品評估時，才會使用26dB的産品“BD78326EFJ-M”，通過在各輸入引腳添加評估用的電(diàn)阻，無需更換IC就可以輕松進行評估，即使内置電(diàn)阻，也不會增加設計工(gōng)時。目前6dB、10dB、26dB機型已經開(kāi)始量産，其他産品也将陸續發布。
正如本文開(kāi)頭所述，駕駛艙周圍的語音多功能化已經成爲必然需求，未來随着CASE（Connected, Autonomous, Shared, Electric）時代的到來，預計這一(yī)需求将會進一(yī)步增長，而且還會有更大(dà)功率輸出需求。此外(wài)，在車(chē)内布局方面，傳統的駕駛艙和車(chē)載音響之間的界限将會消失，語音的使用方式也将變得更加多元化。
爲了滿足這些需求，ROHM需要不斷擴充揚聲器放(fàng)大(dà)器的産品陣容。本次推出的BD783xxEFJ-M是車(chē)載AB類揚聲器放(fàng)大(dà)器，目前ROHM還正在開(kāi)發車(chē)載D類揚聲器放(fàng)大(dà)器。BD783xxEFJ-M的目标應用産品的電(diàn)源電(diàn)壓在5V以下(xià)，下(xià)一(yī)款車(chē)載D類揚聲器放(fàng)大(dà)器産品将支持與12V電(diàn)池連接，并可實現4W以上的大(dà)輸出功率。對于支持12V電(diàn)源的車(chē)載級揚聲器放(fàng)大(dà)器IC來說，雖然目前的主流産品是AB類放(fàng)大(dà)器，但随着駕駛艙和車(chē)頭單元用的ECU（Electric Control Unit）對節省空間的要求越來越高，散熱用散熱器正在成爲技術瓶頸。爲解決這一(yī)瓶頸問題，ROHM通過在揚聲器放(fàng)大(dà)器中(zhōng)采用D類放(fàng)大(dà)器系統，爲實現小(xiǎo)型化做出了很大(dà)貢獻。
作爲[敏感詞]波車(chē)載D類揚聲器放(fàng)大(dà)器，與BD783xxEFJ-M一(yī)樣，産品陣容中(zhōng)除了模拟輸入型外(wài)，還計劃推出數字輸入型和多通道型等共4款産品，以滿足各種應用産品的需求。例如，數字輸入型支持TDM（Time Division Multiplexing）格式。在1個系統中(zhōng)多可連接8通道揚聲器，可增加應用設計的可選項，提高應用設計的靈活性。
第二波車(chē)載D類揚聲器放(fàng)大(dà)器計劃于2021年出售樣品，未來，ROHM将繼續緻力于車(chē)載揚聲器放(fàng)大(dà)器IC的開(kāi)發，爲提高汽車(chē)的安全性和舒适性貢獻力量。
