汽車緊急呼叫系統(tǒng)需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(yáng)聲器具備診斷功能和低功耗。接下來，我們將以車規(guī)級 D 類音頻放大器 MPQ7795 - AEC1 為例，深入探討如何改進(jìn)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)。

車規(guī)級緊急呼叫系統(tǒng)

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

緊急呼叫系統(tǒng)由備用電池供電，這樣即使事故導(dǎo)致汽車電池與系統(tǒng)斷開連接，緊急呼叫系統(tǒng)仍能正常工作。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，所以大多數(shù)系統(tǒng)只需要一個通道就足夠了，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(yáng)聲器。DAC 的輸出信號具有低電流和低電壓能力，而 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(yáng)聲器中的驅(qū)動器。

AB 類放大器和 D 類音頻放大器

在汽車音頻系統(tǒng)中，通常有兩種音頻放大器可供選擇，即 AB 類放大器和 D 類放大器。
AB 類音頻放大器實現(xiàn)起來較為簡單，使用方便，并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。然而，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使得 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)。

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(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（見下圖）。

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(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%。下圖顯示了 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 集成的 150mΩ 低導(dǎo)通電阻（RDS (ON)）MOSFET 也可提高效率。

此外，當(dāng)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。下圖顯示了 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(biāo)準(zhǔn)。下圖顯示了 CISPR 25 Class 5 傳導(dǎo) EMI（峰值）測試結(jié)果。

下圖顯示了 CISPR 25 Class 5 傳導(dǎo) EMI（平均值）測試結(jié)果。

音頻放大器的負(fù)載檢測功能

對于汽車緊急呼叫系統(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(rèn)揚(yáng)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(fù)載檢測功能可以檢測負(fù)載開路、負(fù)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(jìn)入故障狀態(tài)之前，負(fù)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(fù)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(fù)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(jìn)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(fù)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。在汽車緊急呼叫系統(tǒng)的設(shè)計中，MPQ7795 - AEC1 展現(xiàn)出了卓越的性能和應(yīng)用價值，為提升汽車緊急呼叫系統(tǒng)的可靠性和有效性提供了有力的支持。隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，相信類似的高性能音頻放大器將在汽車安全領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。