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　　除了汽车收音机和汽车音响外，车内外还会发出各种声音。例如，开启转向指示灯，汽车会发出“滴答、滴答”的转向提示音。另外，启动用来避免发生撞击的制动系统时，会响起警告音，这是高级驾驶辅助系统(ADAS)的功能之一。近来，xEV等电机驱动的汽车，都配备当行人靠近车辆时的声学车辆警示系统(AVAS)。除此之外，汽车还会发出其他的各种语音，如启动引擎时的欢迎语、ETC的提示音等。
 

　　上面提到的转向提示音，以前听到的是机械继电器的切换声，但实现电子化之后，即使不用继电器，也会有声音从扬声器中传出。这只是我们从声音中获取重要信息的一个例子，未来，随着AI或自动驾驶技术的发展，对人与汽车之间的双向交流会有更高的要求，因此，声音作为促进双向交流的工具之一，其存在感应该会进一步增加。
 

　　1.扬声器系统的组成
 

　　输出上述ADAS和AVAS语音的系统，大致分为使用蜂鸣器的系统和使用扬声器的系统。前者虽然成本很低，但可播放的频率有限。而后者与音频设备一样，可在更宽的频段播放。很长一段时间以来，驾驶舱周围只需要转向提示音和蜂鸣声就足够了，不需要多样化的语音。但现在，由于驾驶舱周围所需要的语音呈现多样化趋势，导致出现没有扬声器就无法配置系统的局面。
 

　　因此，扬声器放大器IC就变得必不可少。扬声器放大器IC是用于放大SoC(System On a Chip)等输出的语音信号，使电流流向扬声器来实现驱动的IC。语音信号格式有两种，一种是输入正弦波等模拟信号的模拟输入型，另一种是使用I2S等数字音频格式的数字输入型，需要根据应用系统区分使用。另外，扬声器放大器IC的输出方式大致分为AB类放大器和D类放大器，虽然AB类放大器的功率转换效率较低，且IC发热较严重，但具有不会产生不必要的辐射的优点。而D类放大器，虽然功率转换效率高，且IC发热量少，但会产生不必要的辐射，故需要在输出端配置LC滤波器。因此通常在容许的发热量范围内，采用AB类放大器；在需较大输出功率且不容许发热时，采用D类放大器。
 

　　2.扬声器放大器的课题
 

　　无论采用何种输出方式，车载扬声器放大器都需具有高可靠性，且兼具大功率输出(音量大)和安全性。可靠性的重要性是毋庸置疑的，但大功率输出与安全性之间是此消彼长的关系，两者兼具的难度非常大。要实现大功率输出，就需要使大电流流向扬声器，也就相当于加大IC的输出晶体管尺寸。但若输出晶体管尺寸变大，例如在扬声器发生故障出现短路时，输出引脚间就可能有大量电流流过。在某些情况下甚至会损坏IC，进而影响汽车的安全性。为防止这一情况的发生，有必要在IC上搭载过电流保护电路，传统的扬声器放大器IC采用的是限制负载电流的方式。但采用这种方法时，必须将过电流保护电路的工作阈值设置为小于可输出的大电流的值，如图2所示。因此存在大输出功率受限，且在大功率输出时发生波形(声音)失真的问题。
 

　　3.ROHM的新产品“BD783xxEFJ-M”
 

　　ROHM开发出兼具大功率输出与安全性，完美解决这一问题的车载仪表盘用扬声器放大器“BD783xxEFJ-M”。该系列产品以仪表盘中需求多的5V电源运行、且输出功率1～2W为主要目标，输入方式采用了模拟输入，输出方式采用了元器件数量较少的AB类。该系列产品具备如下所示的三大优势。
 

　　新产品“BD783xxEFJ-M”采用新研发的过电流保护电路，兼顾了大功率输出与安全性。在电源电压5V、负载4Ω的条件下，输出功率可达2.8W(THD+N<10%)，并且其保护功能可防止扬声器引脚输出短路引发的故障。
 

　　通常，AB类放大器的过电流保护电路多使用“限流器电路”，如上所述，通过限制输出电流，虽然可防止过电流的流出，但也限制了输出功率。要想不限制输出功率并保护产品免受过电流影响，就需要采用“峰值电流保护电路”，正如字面意思所示，这是一种检测峰值电流并停止输出的机制。在输出电流超过大电流时，可采用这一方式检测电流，但在输出的偏置电压较低的情况下，如启动时或欠压时，即使输出短路，输出电流的大值也不会超过阈值，因此保护电路不会工作。因此，峰值电流保护电路的缺点就是IC发热温度高于芯片结温，糟糕时甚至会损坏芯片。也就是说，如果采用限流电路，会导致声音失真；如果采用峰值电流保护电路，则存在无法保护的情况。
 

　　为解决这一问题，ROHM研究并设计出综合了这两种电路优势的新型过电流保护电路(专利申请中)。该技术在启动时或欠压时等不需要输出大功率的情况下，会启动限流电路，以防止IC发热；在正常运行时，会自动切换为峰值电流保护。这是一种综合具备两种保护电路优点，并可实现大功率输出的技术。
 

　　新产品“BD783xxEFJ-M”搭载了这一新型过电流保护电路，可切实保护IC免受负载短路影响，且在输出大功率时也不会出现失真的情况。
 

　　3-2.  可靠性高，支持车载应用中的严苛环境
 

　　新产品符合汽车电子产品可靠性标准AEC-Q100，支持工作温度达 Ta=105℃，因此在追求高可靠性的车载应用领域中也可放心使用。该系列产品采用功率封装(HTSOP-J8)，在通常发热量较大的AB类放大器中，即使在105℃的工作温度条件下也可实现大功率输出。该封装虽然是引线框架型封装，尺寸较小，仅为4.9mm×6.0mm×1.0mm，但在使用4层电路板时(依据JEDEC51-5,7标准)的θJA仅为45.2℃/W，散热性能非常出色。采用该封装，相较于ROHM以往的产品，芯片温升降低了80%(条件：VCC=5V, RL=8Ω, THD<10%)，即使是在Ta=105℃的严苛条件下，也能在不损害功能的前提下输出语音，这是以往的封装无法实现的。另外，在功能方面，为了提高其可靠性，除过电流保护电路之外，还搭载了其他保护电路。在出现异常发热时，通过温度保护功能，可防止IC受到损坏；在蓄电池瞬断时，通过欠压保护功能，可防止产生意外的POP噪声。因此，该系列产品有助于构建一个可适用于各种环境的强健系统。
 

　　3-3.　通过内置电阻，减少元器件数量
 

　　在该输出范围的AB类放大器中，设置音量时用于调整信号增益的输入电阻和反馈电阻通常是外置的。新产品通过将该电阻内置，减少了元器件数量，缩小了印刷电路板的安装面积。另外，该系列产品共有11款机型，增益范围为6dB～26dB(以2dB为增量)，可进行精细的增益调整。仅在频繁调整增益的样品评估时，才会使用26dB的产品“BD78326EFJ-M”，通过在各输入引脚添加评估用的电阻，无需更换IC就可以轻松进行评估，即使内置电阻，也不会增加设计工时。目前6dB、10dB、26dB机型已经开始量产，其他产品也将陆续发布。
 

　　4.未来发展趋势
 

　　正如本文开头所述，驾驶舱周围的语音多功能化已经成为必然需求，未来随着CASE(Connected, Autonomous, Shared, Electric)时代的到来，预计这一需求将会进一步增长，而且还会有更大功率输出需求。此外，在车内布局方面，传统的驾驶舱和车载音响之间的界限将会消失，语音的使用方式也将变得更加多元化。
 

　　为了满足这些需求，ROHM需要不断扩充扬声器放大器的产品阵容。本次推出的BD783xxEFJ-M是车载AB类扬声器放大器，目前ROHM还正在开发车载D类扬声器放大器。BD783xxEFJ-M的目标应用产品的电源电压在5V以下，下一款车载D类扬声器放大器产品将支持与12V电池连接，并可实现4W以上的大输出功率。对于支持12V电源的车载级扬声器放大器IC来说，虽然目前的主流产品是AB类放大器，但随着驾驶舱和车头单元用的ECU(Electric Control Unit)对节省空间的要求越来越高，散热用散热器正在成为技术瓶颈。为解决这一瓶颈问题，ROHM通过在扬声器放大器中采用D类放大器系统，为实现小型化做出了很大贡献。
 

　　作为第一波车载D类扬声器放大器，与BD783xxEFJ-M一样，产品阵容中除了模拟输入型外，还计划推出数字输入型和多通道型等共4款产品，以满足各种应用产品的需求。例如，数字输入型支持TDM(Time Division Multiplexing)格式。在1个系统中多可连接8通道扬声器，可增加应用设计的可选项，提高应用设计的灵活性。
 

　　第二波车载D类扬声器放大器计划于2021年出售样品，未来，ROHM将继续致力于车载扬声器放大器IC的开发，为提高汽车的安全性和舒适性贡献力量。
 

　　(原标题：罗姆发布面向下一代汽车驾驶舱的音响解决方案白皮书)