RT9120S：高效立體聲音頻放大器的技術(shù)解析與應(yīng)用指南

在音頻設(shè)備的設(shè)計(jì)中，音頻放大器的性能直接影響著聲音的質(zhì)量和體驗(yàn)。今天我們要深入探討的是 Richtek 公司的 RT9120S，一款 30W 立體聲、超低噪聲、高效率且無電感的 (I^{2} S) 通用 D 類音頻放大器，帶有 DRC 控制功能。

文件下載：RT9120S_DS-01.pdf

一、產(chǎn)品概述

RT9120S 是一款高效的 (I^{2} S) 輸入立體聲通道音頻功率放大器，能向 8Ω BTL 揚(yáng)聲器負(fù)載提供最大 2x30W 的功率。在 2x10W 時(shí)，其功率效率超過 94%，無需散熱片。內(nèi)置的抗爆音功能可在各種場景下降低揚(yáng)聲器的爆音噪聲，保護(hù)電路能提供過溫、過流、過壓、欠壓保護(hù)并報(bào)告錯(cuò)誤狀態(tài)。它支持 8kHz 至 192kHz 的寬輸入采樣率，還具備單頻段 DRC、靈活的輸入混音器和功率削波功能。

二、產(chǎn)品特性

2.1 電氣特性

• 寬輸入電源范圍：支持 4.5V 至 26.4V 的輸入電源，能適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
• I/O 兼容性：支持 1.8V 和 3.3V 的 I/O 電壓，方便與不同的系統(tǒng)進(jìn)行接口。
• 多種工作模式：可配置 4 種不同的 IC 從地址，提供 1x53W（1.0 模式）和 2x30W（2.0 模式）的輸出功率。
• 高信噪比：SNR 高達(dá) 113dB，THD + N 在 1W 時(shí)為 0.03%，噪聲底僅 35μV，能提供高質(zhì)量的音頻輸出。
• 高效率：在 8Ω 負(fù)載、2x10W 輸出時(shí)，效率可達(dá) 94%。
• 低導(dǎo)通電阻：RDS(ON) 低至 90mΩ，減少功率損耗。
• 高開關(guān)頻率：PWM 開關(guān)頻率高達(dá) 1.536MHz，支持 8kHz 至 192kHz 的采樣頻率，還支持 TDM 多通道格式。

2.2 功能特性

• 抗爆音功能：內(nèi)置軟啟動(dòng)功能，控制輸出 PWM 電壓的占空比上升和下降速率，減少啟動(dòng)和關(guān)機(jī)時(shí)的爆音。
• DRC 功能：具備可編程的 DRC 濾波器系數(shù)，可增強(qiáng)音頻的動(dòng)態(tài)范圍。
• 保護(hù)功能：提供 UVLO、OVP、OCP、OTP 和 DCP 等保護(hù)，確保設(shè)備在異常情況下的安全。
• 無電感應(yīng)用：無需電感，簡化了電路設(shè)計(jì)。
• 封裝特性：采用 VQFN - 32L 熱增強(qiáng)封裝，符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)且無鹵素。

三、引腳配置與功能

RT9120S 采用 VQFN - 32L 封裝，其引腳涵蓋了 (I^{2} C) 數(shù)據(jù)輸入輸出、(I^{2} S) 數(shù)據(jù)輸入、時(shí)鐘輸入、電源輸入輸出等多種功能。例如，SDA 和 SCL 用于 (I^{2} C) 通信，SDI 用于 (I^{2} S) 數(shù)據(jù)輸入，VOUTPR、VOUTNR、VOUTPL、VOUTNL 為揚(yáng)聲器輸出引腳。詳細(xì)的引腳功能可參考文檔中的引腳配置表。

四、工作模式與操作

4.1 錯(cuò)誤報(bào)告

FAULTB 引腳用于報(bào)告錯(cuò)誤狀態(tài)，當(dāng)保護(hù)發(fā)生時(shí)，該引腳變?yōu)榈碗娖健４艘_為開漏配置，需要上拉電阻。

4.2 時(shí)鐘檢測

RT9120S 可接受 SCLK 為 32fs、48fs 和 64fs，僅支持 1xfs 的 LRCK。內(nèi)部振蕩器會(huì)持續(xù)檢查 SCLK 輸入，若時(shí)鐘丟失，設(shè)備將自動(dòng)關(guān)閉功率級。

4.3 音量控制

具備主音量 MS_VOL 和各通道音量 CH1_VOL、CH2_VOL 控制，每級音量步長為 0.0625dB，范圍從 24dB 到靜音。CH1 和 CH2 還有各自的靜音控制 CH1_MUTE 和 CH2_MUTE。

4.4 保護(hù)功能

• 過流保護(hù)（OCP）：通過內(nèi)部感應(yīng)電路檢測電流，在過載或短路時(shí)防止設(shè)備損壞。
• 欠壓保護(hù)（UVP）：監(jiān)測 PVDD 電壓，當(dāng)電壓低于閾值（可編程，默認(rèn) 4V）時(shí)，關(guān)閉輸出。
• 過壓保護(hù)（OVP）：監(jiān)測 PVDD 電壓，當(dāng)電壓超過閾值（30V）時(shí)，關(guān)閉輸出，可配置為自動(dòng)恢復(fù)或鎖存模式。
• 過溫保護(hù)（OTP）：當(dāng)結(jié)溫超過 150°C（最小值）時(shí)，關(guān)閉功率 MOSFET，結(jié)溫下降約 30°C 后自動(dòng)恢復(fù)，也可配置為鎖存模式。

五、應(yīng)用信息

5.1 (I^{2} C) 通信

RT9120S 通過 SCL 和 SDA 端口支持 (I^{2} C) 協(xié)議，作為從設(shè)備，可在高達(dá) 400kb/s 的速率下工作。通信時(shí)，數(shù)據(jù)在 SCL 時(shí)鐘為低時(shí)改變，SDA 在時(shí)鐘高時(shí)的轉(zhuǎn)換用于識(shí)別 START 或 STOP 條件。

5.2 音頻接口

支持 I2S、Left - justified、Right - justified 和 TDM 四種音頻接口，每種接口支持 32bits、24bits、20bits 和 16bits 格式。

5.3 應(yīng)用電路

文檔提供了 3.3V I/O 和 1.8V I/O 的典型應(yīng)用電路，在設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的電路。

5.4 電源序列

詳細(xì)介紹了上電和下電序列，不同的 PWM 頻率和工作模式（BTL、PBTL）有不同的初始序列，需根據(jù)具體情況進(jìn)行配置。

六、信號(hào)路徑與功能配置

6.1 輸入高通濾波器

每個(gè)輸出濾波器都有 DC - Cut 濾波器，截止頻率為 1.5Hz，可通過寄存器 0x06 的 HPF_EN 位進(jìn)行啟用或禁用。

6.2 DRC 功能

DRC 功能可通過寄存器配置閾值、壓縮比、增益等參數(shù)，還可選擇 RMS 或 Peak 模式。其相關(guān)參數(shù)的計(jì)算涉及到特定的公式，如 DRC 能量估計(jì)器、攻擊時(shí)間、釋放時(shí)間等。

6.3 輸入混音器

輸入混音器范圍從靜音到 6dB，可通過寄存器配置輸入信號(hào)的混合比例和增益。

6.4 SDO 輸出配置

SDO 輸出配置為整個(gè)信號(hào)路徑的最后階段，可輸出每個(gè)通道在數(shù)字濾波器之前的最終電平以及 HPF 之前的 (I^{2} S) 數(shù)據(jù)。

七、布局指南

在 PCB 布局時(shí)，應(yīng)將去耦電容盡可能靠近 PVCC 和 GND，使用最短的走線連接電容，并使用更多的過孔將 GND 連接到 GND 層，以減少寄生電感和電阻。VR_DIG、VR_ANA 和 GVDD 的去耦電容應(yīng)盡可能靠近 IC。DVDD 和 AVCC 的去耦電容也應(yīng)靠近相應(yīng)引腳，以獲得良好的音頻質(zhì)量。VOUTPL、VOUTNL、VOUTPR 和 VOUTNR 的走線應(yīng)等寬等長，引導(dǎo)電容應(yīng)盡可能靠近 IC。

八、總結(jié)

RT9120S 是一款功能強(qiáng)大的音頻放大器，具有高效率、低噪聲、多種保護(hù)功能和靈活的配置選項(xiàng)。在音頻設(shè)備設(shè)計(jì)中，合理利用其特性和功能，能夠?yàn)橛脩魩砀哔|(zhì)量的音頻體驗(yàn)。但在實(shí)際應(yīng)用中，還需根據(jù)具體需求進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和參數(shù)配置，同時(shí)注意 PCB 布局等細(xì)節(jié)，以確保設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。你在使用 RT9120S 或其他音頻放大器時(shí)，是否遇到過一些挑戰(zhàn)？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。