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)療護理的速度與其存活機會之間存在著因果關系。

為進一步降低死亡率，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，利用手機和衛(wèi)星定位功能與最近的救援中心號碼建立電話連接。除了語音連接以外，車載緊急呼叫系統(tǒng)還報告并傳輸事故地點、事故類型以及車輛相關信息。

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，這對音頻系統(tǒng)提出了特殊的要求，例如要求揚聲器具備診斷功能和低功耗。本文將以車規(guī)級 D 類音頻放大器 MPQ7795-AEC1 4為例，探討如何改進緊急呼叫系統(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)級緊急呼叫系統(tǒng)

圖 2 顯示了采用MPQ7795-AEC1 4 實現(xiàn)的典型緊急呼叫系統(tǒng)簡化功能框圖。

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圖2: 緊急呼叫（E-Call）系統(tǒng)簡化功能框圖

緊急呼叫系統(tǒng)由備用電池供電，即使事故導致汽車電池與系統(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，因此大多數(shù)系統(tǒng)只需要一個通道就足夠，這個通道中包含1 個麥克風、1 個 ADC、1 個 DAC、1 個 D 類放大器和 1 個揚聲器。

DAC 的輸出信號具有低電流和低電壓能力，MPQ7795-AEC1 4 作為一款理想的 D 類音頻放大器能夠為信號提供更高的電壓和電流能力，用以驅(qū)動揚聲器中的驅(qū)動器。

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 類音頻放大器實現(xiàn)起來很簡單，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扇來實現(xiàn)被動（甚至主動）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放大器。其功率級始終工作在開關模式下，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 D 類放大器的橋接負載 (BTL) 結(jié)構，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：

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 可以將開關頻率 (fSW) 設置為 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 揚聲器的效率與輸出功率之間的關系曲線。此外，MPQ7795-AEC1 4 集成的150mΩ 低導通電阻 (RDS(ON)) MOSFET也可提高效率。

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圖4: MPQ7795-AEC1效率曲線

此外，當選擇頻率為 2.2MHz 時，由于外部電感數(shù)量較少，PCB 面積也可相應減小。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 標準。圖 6 顯示了 CISPR 25 Class 5峰值傳導發(fā)射EMI測試結(jié)果。

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

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

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

音頻放大器的負載檢測功能

對汽車緊急呼叫系統(tǒng)來說，在嚴重事故發(fā)生后系統(tǒng)仍保持正常運行非常關鍵。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)可幫助確認揚聲器仍然可以實現(xiàn)駕駛員和緊急服務人員之間的通信。

MPQ7795-AEC1 4 的負載檢測功能可以檢測負載開路、負載短路、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入故障狀態(tài)之前，負載診斷即開始運行。診斷期間，輸出處于高阻抗 (Hi-Z) 狀態(tài)。負載檢測通常需要 480ms。如果檢測到任何故障情況，MPQ7795-AEC1 4 即向微控制器 (MCU) 報告故障狀態(tài)。另外，MPQ7795-AEC1 4 在負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至關重要。當然，理想情況下，駕駛員永遠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駕駛員或乘客與緊急服務中心之間的通信十分必要。

MPQ7795-AEC1 4 是一款車規(guī)級 D 類音頻放大器 1 ，它提供負載檢測功能，能夠以超小尺寸的器件封裝確保容錯操作和高輸出功率。請訪問 MPS 網(wǎng)站了解其他 D 類音頻放大器，以滿足您的汽車設計需求。

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告。日內(nèi)瓦；License：CC BY-NC-SA 3.0 IGO


審核編輯 黃宇