使用D類(lèi)音頻放大器診斷汽車(chē)故障

MAX13300汽車(chē)D類(lèi)音頻放大器內置許多診斷功能，有助于定位系統中的故障。當沒(méi)有音頻存在時(shí)，放大器在揚聲器輸出上檢測以下故障情況。由于在這些測試期間可能不存在音頻，因此這些測試通常在啟動(dòng)時(shí)運行一次，或者僅在出廠(chǎng)診斷模式下請求時(shí)運行。

對地短路

電池短路

打開(kāi)負載

電阻測量

高音喇叭存在

輸出偏移

還有另一組診斷程序設計為在存在音頻時(shí)連續運行。這些診斷為系統提供MAX13300/MAX13301/MAX13302狀態(tài)反饋。

削波檢測

熱警告檢測

電荷泵欠壓

電源欠壓

電源過(guò)壓

啟動(dòng)過(guò)程

為避免啟動(dòng)時(shí)出現不必要的咔嗒聲，請按下列步驟操作（圖1）：

設置/MUTE_CL1的狀態(tài)以選擇 I2C 地址的 LSB。

將 EN 針腳拉高。

釋放/MUTE_CL1。

如果需要兩個(gè)以上的 I2C 地址，請先寫(xiě)入 CTRL4。ADR［1：0］ 設置新地址，然后寫(xiě)入 CTRL5。ADRDF = 0 以啟用新地址。

通過(guò)設置 CTRL1 增加短路電流閾值。CLTH = 0。這保證了不會(huì )因為啟動(dòng)時(shí)的電流不平衡而錯誤觸發(fā)短路診斷。

通過(guò)設置 CTRL2 啟用設備。STBY = 0。。

通過(guò)設置 CTRL1 啟用輸入預充電。前 = 1。

設置 CTRL2。MD01 = 10 和 CTRL2。MD23 = 10。這會(huì )將輸出電容器預充電至 PVDD/2。

設置 CTRL0、CTRL1。CLVL[1：0]， CTRL1.MD[1：0]， CTRL3.HCL，CTRL3。LDM、CTRL4 和 CTRL5 根據應用程序要求轉換為所需值。

從步驟 10 開(kāi)始等待至少 7 毫秒。通過(guò)設置 CTRL1 禁用預充電電路。前 = 0。

等待 100 毫秒× C鼎控銀行（μF） 用于穩定輸入偏置電壓。這意味著(zhù)，如果在輸入端使用2.2μF隔直電容，則至少等待220ms。減少此時(shí)間將增加啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的咔嗒聲和爆裂聲。

可選：設置 CTRL2。MD23[1：0] = CTRL2。MD01[1：0] = 01 并延遲至少 50 毫秒，然后再繼續。這會(huì )將輸出設置為靜音模式。

設置 CTRL2。MD23[1：0] = CTRL2。MD01[1：0] = 11。這會(huì )將輸出設置為播放模式。

通過(guò)設置 CTRL1 將短路診斷閾值設置回正常。CLTH = 1。

ADRDF	ADR1	ADR0	/MUTE_CL1有效	我2C ADDR （WR）	我2C ADDR （RD）
0	0	0	—	0xD8	0xD9
0	0	0	—	0xDA	0xDB
0	1	1	—	0xDC	0xDD
0	1	1	—	0xDE	0xDF
1	—	—	0	0xD8	0xD9
1	—	—	1	0xDA	0xDB

圖1.啟動(dòng)過(guò)程。

三態(tài)程序

為避免關(guān)機時(shí)出現不必要的咔嗒聲，請按下列步驟操作（圖2）：

如果音頻源已靜音，請轉到步驟 4。

通過(guò)設置 CTRL2 將輸出設置為靜音模式。MD23[1：0] = CTRL2。MD01[1：0] = 01。

等待至少 50 毫秒，以確保 20Hz 信號沒(méi)有咔嗒聲。

通過(guò)設置 CTRL2 對輸出進(jìn)行三態(tài)。MD23[1：0] = CTRL2。MD01[1：0] = 00。

圖2.三態(tài)程序。

關(guān)機程序

為避免關(guān)機時(shí)出現不必要的咔嗒聲，請按下列步驟操作（圖3）：

按照上述三態(tài)過(guò)程對輸出進(jìn)行三態(tài)處理。

通過(guò)設置 CTRL2 進(jìn)入待機模式。STBY = 1。

將 EN 針腳拉低。

圖3.關(guān)機過(guò)程。

負載診斷

電池短路診斷程序

此診斷可檢測到任何輸出上的電池短路或接地小于1kΩ。電池和接地短路的診斷在同一時(shí)間以相同的診斷模式完成，但是，設備必須退出待機模式才能運行對地短路診斷。所有結果均未鎖定，因此在運行此診斷程序時(shí)必須讀取OSTAT2寄存器才能獲得有效狀態(tài)。

如果存在負載，則任一差分輸出短路會(huì )導致另一個(gè)輸出短路。因此，OSTAT2狀態(tài)寄存器僅指示哪個(gè)通道的輸出短路，而不指示哪個(gè)差分輸出短路。我2例如，C 狀態(tài)寄存器可以指示輸出 1 短路到電池;它無(wú)法區分 OUT1+ 和 OUT1- 電池短路。

要確定任何輸出上是否存在接地短路或電池短路，請通過(guò) I 對所有輸出進(jìn)行三態(tài)2C 并進(jìn)入待機狀態(tài) （CTRL2.STBY = 1）。通過(guò)設置 CTRL3 運行對地短路/電池診斷。SDET（對地短路/電池診斷使能）位至 1。診斷結果在OSTAT2中報告。SBAT[3：0]（電池短路指示器）位。忽略所有其他故障指示，因為它們無(wú)效。

由于未設置閂鎖，因此接地或電池短路不會(huì )阻止設備通電。因此，微控制器可以使設備短路，盡管不鼓勵使用這種配置。如果器件使能短路，實(shí)時(shí)過(guò)流將鎖斷短路通道。MAX13300/MAX13301提供電池短路、接地短路和負載短路的實(shí)時(shí)保護，防止器件損壞。

分步過(guò)程（圖4）

設備必須處于待機模式才能完成此診斷。如果從靜音或播放模式啟動(dòng)，請按照正常關(guān)機過(guò)程操作以防止咔嗒聲和彈出聲。

通過(guò)設置 CTRL3 啟用電池短路診斷。SDET = 1。

等待至少 200μs。

閱讀 OSTAT2。SBAT[3：0] 位結果。

通過(guò)設置 CTRL3 禁用電池短路診斷。SDET = 0。

圖4.短路至 V.BAT診斷程序。

對地短路診斷程序

該診斷可檢測到任何輸出上的接地短路小于1kΩ。電池和接地短路的診斷同時(shí)在相同的診斷模式下完成。所有結果均未鎖定，因此在運行此診斷程序時(shí)必須讀取OSTAT2寄存器才能獲得有效狀態(tài)。

如果存在負載，則任一差分輸出短路會(huì )導致另一個(gè)輸出短路。因此，狀態(tài)寄存器僅指示哪個(gè)通道的輸出短路，而不指示哪個(gè)差分輸出短路。我2例如，C 狀態(tài)寄存器可以指示輸出 1 與電池短路，但它無(wú)法區分 OUT1+ 和 OUT1- 與電池短路。

要確定任何輸出上是否存在接地短路或電池短路，請通過(guò) I 對所有輸出進(jìn)行三態(tài)2C. 通過(guò)設置 CTRL3 運行對地短路/電池診斷。SDET（對地短路/電池診斷使能）位至 1。在診斷期間，該器件在每個(gè)差分輸出端將一個(gè) 3kΩ 電阻分流至地，并從 PVDD 的每個(gè)輸出端提供 2mA 電流。在正常情況下，每個(gè)輸出端產(chǎn)生6V電壓。輸出電壓>6V被解釋為電池短路。輸出電壓<6V被解釋為對地短路。診斷結果在OSTAT2中報告。SBAT[3：0]（電池短路指示器）和 OSTAT2。SGND[3：0] （對地短路）位。

由于未設置閂鎖，因此接地或電池短路不會(huì )阻止設備通電。因此，微控制器可以使設備短路，盡管不鼓勵使用這種配置。如果器件使能短路，實(shí)時(shí)過(guò)流將鎖斷短路通道。MAX13300/MAX13301提供電池短路、接地短路和負載短路的實(shí)時(shí)保護，防止器件損壞。

分步過(guò)程（圖5）

輸出必須處于三態(tài)模式，電荷泵處于活動(dòng)狀態(tài)（CTRL2.STBY = 0）。如果從靜音或播放模式啟動(dòng)，請按照正常關(guān)機過(guò)程操作以防止咔嗒聲和彈出聲。

通過(guò)設置 CTRL3 啟用對地短路診斷。SDET = 1。

等待至少 200μs。

閱讀 OSTAT2。SGND[3：0] 位表示結果。

通過(guò)設置 CTRL3 禁用對地短路診斷。SDET = 0。

圖5.對地短路診斷程序。

開(kāi)路負載檢測

此診斷檢測到 OUT_+ 和 OUT_- 之間的開(kāi)路為 > 70Ω 或 > 200Ω，具體取決于 CTRL 的值。LDM（負載檢測閾值）位。

為了檢測開(kāi)路負載，通過(guò)I對輸出進(jìn)行三態(tài)2C并通過(guò)設置CTRL3對輸出電容器放電。DIS（放電）位為 1。通過(guò)設置 CTRL3 運行打開(kāi)負載診斷測試。RDET（開(kāi)負載診斷啟用）為 1。在診斷期間，負輸出（OUT_-）上的所有低側FET均導通，而所有其他FET均關(guān)斷。該器件提供 2mA 電流范圍為 OUT_+ 至 OUT_-。如果負載不存在，則 OUT_+ 擺動(dòng)高，其相對較高的 VOUT_+ 被解釋為開(kāi)路輸出。診斷結果以 OSTAT0./LDOK[3：0]（負載正常指示器）位報告。

分步過(guò)程（圖6）

輸出必須處于三態(tài)模式，電荷泵處于活動(dòng)狀態(tài)（CTRL2.STBY = 0）。如果從靜音或播放模式啟動(dòng)，請按照正常關(guān)機過(guò)程操作以防止咔嗒聲和彈出聲。

設置 CTRL3?；趹靡蟮?LDM。

通過(guò)設置 CTRL3 將輸出放電至地。DIS = 1，可防止診斷期間出現咔嗒聲。

等待至少200μs。

通過(guò)設置 CTRL3 啟用打開(kāi)負載診斷。RDET = 1 和 CTRL3。DIS = 0。

等待至少200μs。

讀取OSTAT0.OC[3]位。如果任何 OSTAT0.OC[3：0] 位為低位，則為 OSTAT1。LDOK[3：0] 位由于短路至 V 而無(wú)效.BAT在 OSTAT0.OC[3：0] 位指示的通道上。因此，請轉到步驟 9。

閱讀 OSTAT1。LDOK[3：0] 表示結果。

通過(guò)設置 CTRL3 禁用打開(kāi)負載診斷。RDET = 0。

圖6.開(kāi)負載診斷程序。

短路負載/電阻測量檢測

該診斷可以測量負載的電阻，以便可以檢測任何輸出上的短路負載。由于可以通過(guò)診斷計算電阻，因此此診斷也可以用作檢測開(kāi)路負載或確定揚聲器是否存在的替代方法。要檢測短路負載，請將設備置于正常模式;將 CTRL3.TW（高音揚聲器/短路負載診斷選擇）位設置為 0;設置地圖。LCTM 為 1，將/LOAD_故障位映射到/CL0引腳;并向被測輸入施加≤ 20Hz正弦信號或單個(gè)半正弦信號脈沖。信號的幅度將取決于應用要求。該器件將負載電流與短路負載電流門(mén)限進(jìn)行比較。如果負載電流超過(guò)閾值，則相應的STAT3./LOAD_（負載指示器）位設置為1，表示負載短路。短路負載電流閾值取決于編程的電流限值。（請參閱數據手冊中的電氣特性表。類(lèi)似的程序可用于通過(guò)使用較大幅度的正弦信號來(lái)檢測開(kāi)路負載。

請注意，檢測到短路時(shí)，/LOAD_位不會(huì )鎖存為高電平。在過(guò)零期間，負載電流不超過(guò)閾值，/LOAD位清零至0。有兩種方法可以獲得短路負載診斷的結果：

連續讀取/LOAD_位，以確定是否有任何位設置為高電平。

監視漏極開(kāi)路/CL0輸出。由于/CL0是/負載位的NORed函數，因此，如果任何輸出存在短路，則/CL0拉低。

通過(guò)設置 MAP，將/LOAD_位屏蔽為/CL0輸出。當短路負載診斷不再運行時(shí)，LCTM（高音揚聲器和短路負載掩碼）位為 0。清除此位可防止在播放期間超過(guò)短路負載電流閾值時(shí)置位/CL0。

對所有輸出進(jìn)行負載電阻測量診斷。短路負載可通過(guò)檢查/LOAD_位或一次將正弦信號注入一個(gè)通道來(lái)追溯到其所在的輸出。

分步過(guò)程（圖7）

按照正常啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)入播放模式。

通過(guò)設置 CTRL3 選擇低電流閾值。鹽酸 = 0。該電流約為1.3A。（請參閱數據手冊中的電氣特性表。

通過(guò)設置 MAP，將診斷電流門(mén)限映射到/CL0引腳。LCTM = 1。

通過(guò)設置 CTRL3.TW = 0，將當前閾值設置為短路檢測的高設置。如果正在運行開(kāi)放測試，請將 CTRL3.TW = 1 設置為選擇當前下限閾值設置。

對于每個(gè)輸出 [0 到 3]：

根據應用要求生成低頻正弦波（通?！?20Hz）或單脈沖半正弦波，其幅度。如果正弦波的幅度斜坡上升，直到/CL0處于活動(dòng)狀態(tài)，則可以測量確切的揚聲器阻抗。

監控/CL0或讀取OSTAT1。LOAD[3：0] 以確定是否超過(guò)當前閾值。此狀態(tài)未鎖定，因此它將根據信號幅度打開(kāi)/關(guān)閉。如果監視/CL0，則必須一次將輸入信號施加到一個(gè)通道。您還可以通過(guò) I 讀取/負載狀態(tài)位2C 用于確定哪個(gè)輸出導致/CL0引腳置位。

通過(guò)設置 MAP 刪除診斷當前閾值映射。LCTM = 0。

有幾種方法可以測量負載的確切電阻：

緩慢增加正弦波或半正弦脈沖，直到首次置位/CL0引腳。然后通過(guò)以下公式計算電阻：

地點(diǎn)：
我T= 閾值電流由 CTRL3.HCL
V 設置。INP= 峰值輸入電壓信號
GAIN = 通道的增益設置

使用正弦波或單個(gè)半正弦脈沖，其幅度保證在預期的負載電阻下跳閘選定的閾值電流。施加測試信號時(shí)，測量/CL0為低電平的時(shí)間。由此，負載電阻可以計算如下：

圖7.短路負載診斷程序。

高音揚聲器檢測

此診斷檢測在使用無(wú)源分頻器時(shí)高音揚聲器是否正確連接。要檢測短路負載，請將設備置于正常模式;將 CTRL3.TW（高音揚聲器/短路負載診斷選擇）位設置為 1;設置地圖。LCTM 至 1;并向所有輸入施加15kHz至25Hz正弦信號。該器件將負載電流與高音揚聲器檢測電流閾值進(jìn)行比較。如果負載電流超過(guò)閾值，則相應的STAT3./LOAD_（負載指示器）位設置為1，表示存在高音揚聲器。輸入信號的幅度取決于高音揚聲器的阻抗與頻率特性。正確的高音揚聲器檢測要求振幅足夠大，以便在存在高音揚聲器時(shí)觸發(fā)閾值。

請注意，檢測到高音揚聲器時(shí)，/LOAD_位不會(huì )鎖存高電平。過(guò)零期間，負載電流不超過(guò)閾值，/LOAD_位清零至0。有兩種方法可以獲得高音揚聲器檢測診斷的結果：

連續讀取/LOAD_位，以確定是否有任何位設置為高電平。

監視漏極開(kāi)路/CL0輸出。由于/CLP0 是/LOAD_位的 NORed 函數，因此，如果任何輸出存在短路，則/CLP0 拉低電平。

通過(guò)設置 MAP，將/LOAD_位屏蔽為/CL0輸出。當高音揚聲器檢測診斷不再運行時(shí)，LCTM（高音揚聲器和短路負載掩碼）位為 1。這樣做可以防止在播放過(guò)程中超出高音揚聲器檢測電流閾值時(shí)置位/CL0。

高音揚聲器檢測診斷在所有輸出上完成。通過(guò)檢查/LOAD_位，高音揚聲器的存在可追溯到任何輸出。輸出 3 上存在高音揚聲器會(huì )導致/負載 3 變高等。

分步過(guò)程（圖9）

設置 CTRL3。鹽酸 = 0。

通過(guò)設置 MAP，將診斷電流門(mén)限映射到/CL0引腳。LCTM = 1。

按照正常啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)入播放模式。

通過(guò)設置 CTRL3.TW = 1，將診斷電流閾值設置為低。

對于每個(gè)輸出 [0 到 3]：

根據應用要求生成幅度為高頻正弦波（15kHz至25kHz）。您必須一次檢查一個(gè)輸出，以確定哪個(gè)輸出具有打開(kāi)的高音揚聲器。

監控/CL0或讀取OSTAT1。LOAD[3：0] 以確定是否超過(guò)當前閾值。此狀態(tài)未鎖定，因此它將根據信號幅度打開(kāi)/關(guān)閉。

通過(guò)設置 MAP 刪除診斷電流閾值映射。LCTM = 0。

通過(guò)設置 CTRL3.TW = 0 選擇正常診斷電流閾值。

要選擇最佳輸入電壓幅度，請在所選測試頻率下測量有或沒(méi)有高音揚聲器的揚聲器阻抗。下面是有和沒(méi)有高音揚聲器的典型4Ω揚聲器阻抗曲線(xiàn)。

圖8.典型4Ω揚聲器阻抗與頻率的關(guān)系

當測試頻率為20kHz時(shí)，最佳輸入電壓為/CL0引腳置位時(shí)，揚聲器阻抗為：

其中：
R臺灣= 存在
高音揚聲器時(shí)的揚聲器阻抗 R無(wú)臺幣= 無(wú)高音揚聲器的揚聲器阻抗

使用上面的等式和圖 8 中的數據：

圖9.高音喇叭診斷程序。

連續診斷

MAX13300/MAX13301/MAX13302持續監測關(guān)鍵性能和安全參數，如輸出失調電壓、輸出削波、熱故障以及欠壓和過(guò)壓情況。結果在狀態(tài)寄存器（STAT和OSTAT_）中報告并持續更新。

偏移診斷

運行失調診斷程序以確定差分輸出之間是否存在失調。要運行此診斷程序，請將設備置于播放模式，并且不應用任何輸入信號。此診斷的結果以OSTAT3./VOS[3：0]（失調電壓指示器）位報告。VOS_指示失調電壓是小于還是大于失調電壓閾值。MAX800/MAX13300的門(mén)限典型值為13302mV，MAX1的門(mén)限典型值為0.13301V。

剪切診斷

使用削波診斷程序檢測削波輸出。對 CTRL1 進(jìn)行編程。閾值為 1%、0%、2% 或 4% THD 的 CLVL[6：10]（削波電平）位。削波指示由 OSTAT0./CLIP[3：0]（削波指示器）位提供。這些位僅在過(guò)驅動(dòng)輸出實(shí)際削波時(shí)設置為 1。每個(gè)輸出都有一個(gè)削波輸出指示器;OSTAT0./CLIP[3] 用于輸出 3，依此類(lèi)推。漏極開(kāi)路輸出/CL0和/MUTE_CL1也提供削波指示。

熱警告診斷

如果結溫超過(guò)編程溫度限值，則立即設置溫度故障。器件不會(huì )根據溫度警告達到編程限值。當溫度降至閾值以下時(shí)，溫度警告會(huì )自行清除。如果結溫超過(guò)+150°C的最高結溫，器件將禁用所有通道。數字接口保持活動(dòng)狀態(tài)，寄存器的內容保持不變。當芯片溫度降至+140°C以下時(shí)，恢復正常工作。編程溫度限值由軟件在+110°C至+140°C范圍內設置，增量為10°C。

電荷泵欠壓診斷

MAX13300/MAX13301借助電荷泵驅動(dòng)高端FET。電荷泵對保持電容 C 充電克霍爾德，在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期結束時(shí)至 5V。當電壓在C上克霍爾德低于 3.45V，器件置位 STAT./CPUV（電荷泵欠壓指示器）位和三態(tài)所有輸出。只有在保持電容上的電壓升至3.75V以上時(shí)，器件才會(huì )解除位。

欠壓診斷

欠壓監視器檢測 PVDD 上的低電壓 （< 6V）。在欠壓條件下，器件對所有輸出進(jìn)行三態(tài)處理，將 STATE./UV（欠壓指示器）位設置為 0，并置位低電平有效FLT_OT開(kāi)漏輸出。

過(guò)壓診斷

MAX13300/MAX13301/MAX13302檢測PVDD上的過(guò)壓和拋負載情況，保護DMOS器件免受損壞。在過(guò)壓條件下，器件將 STAT./OV（過(guò)壓指示器）位設置為 0，置位為漏極開(kāi)路輸出/FLT/OT，并鎖存至待機模式。所有差分輸出均調節至 13300/13301 VPVDD，以最大限度地降低低側和高側 FET 的漏源電壓并防止擊穿。消除過(guò)壓條件后，通過(guò)清除 CTRL 使設備退出待機模式。STBY（待機）位。MAX50/MAX26可以承受35V拋負載電壓尖峰。1V 至 7V 的電池充電器電壓可承受長(cháng)達 <> 小時(shí)。圖 <> 說(shuō)明了器件在負載突降期間的行為。

結論

MAX13300/MAX13301/MAX13302器件內置診斷功能，可滿(mǎn)足OEM診斷要求。負載和高音揚聲器診斷等特定測試中內置的靈活性允許使用 OEM 特定的閾值。

審核編輯：郭婷