加快TPA2028D1對突發(fā)音信號的響應(yīng)

摘要

TPA2028D1 是 TI 針對便攜設(shè)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(yè)界得到了廣泛的應(yīng)用。而其本身可以通過 I2C 進(jìn)行配置，從而使得設(shè)計者能夠根據(jù)不同的應(yīng)用，優(yōu)化芯片設(shè)置，獲得更好的效果。

本文討論了怎樣優(yōu)化 TPA2028D1 設(shè)置，使其能夠更好的快速響應(yīng)智能手機(jī)等設(shè)備中的突發(fā)音，例如鍵盤音，提示音等信號。

1.介紹

TPA2028D1 是 TI 針對移動設(shè)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(jù)輸入信號的大小自動調(diào)整放大器的增益，以達(dá)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(shè)計者能夠通過 I2C 訪問其寄存器，對放大器使能，增益，響應(yīng)速度等多個參數(shù)進(jìn)行配置，使其能夠針對不同的應(yīng)用場景進(jìn)行優(yōu)化。

由于 DRC 和 AGC 會根據(jù)信號大小調(diào)節(jié)增益，針對連續(xù)的音樂信號需要設(shè)置一定的 Attack Time 和Release Time 來保證優(yōu)良的回放效果。但是對于突發(fā)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(jié)束后將其關(guān)閉。因此一些設(shè)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(xiàn)象。

本文通過對此現(xiàn)象的成因進(jìn)行分析，討論了如何通過優(yōu)化芯片參數(shù)的設(shè)置，解決類似問題的方法。

2.TPA2028的兩種關(guān)閉/使能方式

TPA2028可以通過硬件和軟件兩種方式進(jìn)行關(guān)閉和使能。

l 通過芯片 EN管腳，硬件的使能關(guān)閉方式;

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

2.1 硬件關(guān)閉/使能

關(guān)閉：

l EN管腳置低，芯片進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)，所有寄存器被清除

使能：

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

Table 1. TPA2028D1寄存器初始值

TPA2028D1的設(shè)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(tài)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(xiàn)象。

Figure 1. 硬件使能 TPA2028D1增益遞增

2.2軟件關(guān)閉/使能

關(guān)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(shè)定狀態(tài)，所有寄存器值維持原先的設(shè)置，因此 TPA2028D1 在軟件使能之后可以按照設(shè)定的 Fixed Gain和 Max Gain以及 Release Time進(jìn)行變化。如 Figure 2所示。因此只需要設(shè)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(nèi)部狀態(tài)的建立需要時間，因此會產(chǎn)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(fā)音時普遍存在一定的延遲，所以在一般的設(shè)計中輸出延遲可以忽略。但如果在實際的應(yīng)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(fā)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(yīng)用模式選擇合適的參數(shù)設(shè)置

根據(jù)上面對突發(fā)音淡入現(xiàn)象原因的分析，為了解決 TPA2028D1 對突發(fā)音信號的響應(yīng)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(shè)置的 Fixed Gain和 Max Gain之間的差別。

但由于音樂播放等應(yīng)用中，F(xiàn)ixed 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(shù)能夠平衡連續(xù)的音樂播放和突發(fā)音播放效果;

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

由于現(xiàn)存的智能便攜設(shè)備操作系統(tǒng)應(yīng)用程序處于 UI層，而控制 TPA2028D1的驅(qū)動處于驅(qū)動層，因此需要通過驅(qū)動讀取操作系統(tǒng)的相關(guān) log文件對于應(yīng)用程序進(jìn)行判斷。

3.1適合突發(fā)音的設(shè)置

由于快速信號和音樂動態(tài)范圍和播放幅度不一樣，因此可以選擇獨(dú)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(shù)。

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(qū)別(3dB 以內(nèi)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。