原标题：优化TPA2028D1设置加快对突发音信号的响应

摘要

　　TPA2028D1是TI针对便携设备推出的具有AGC/DRC功能的低功耗D类放大器。由于性能突出，在业界得到了广泛的应用。而其本身可以通过I2C进行配置，从而使得设计者能够根据不同的应用，优化芯片设置，获得更好的效果。

　　本文讨论了怎样优化TPA2028D1设置，使其能够更好的快速响应智能手机等设备中的突发音，例如键盘音，提示音等信号。

　　1.介绍

　　TPA2028D1是TI针对移动设备推出的高效率D类放大器。所集成的DRC和AGC功能能够根据输入信号的大小自动调整放大器的增益，以达到防止功放削波失真的目的，并且有效的提升输出平均功率，从而改善音乐的回放效果。

　　TPA2028D1具有灵活的可配置性。设计者能够通过I2C访问其寄存器，对放大器使能，增益，响应速度等多个参数进行配置，使其能够针对不同的应用场景进行优化。

　　由于DRC和AGC会根据信号大小调节增益，针对连续的音乐信号需要设置一定的Attack Time和Release Time来保证优良的回放效果。但是对于突发音信号维持时间过短，并且由于省电的需要，需要在播放前使能TPA2028D1,并在播放结束后将其关闭。因此一些设计中，在播放例如键盘音或拍照音的时候存在声音过小，或声音渐变等现象。

　　本文通过对此现象的成因进行分析，讨论了如何通过优化芯片参数的设置，解决类似问题的方法。

　　2.TPA2028的两种关闭/使能方式

　　TPA2028可以通过硬件和软件两种方式进行关闭和使能。

　　●通过芯片EN管脚，硬件的使能关闭方式；

　　●通过芯片寄存器0x01 bit6 EN和bit5 SWS,软件的使能关闭方式

　　2.1 硬件关闭/使能

　　关闭：

　　●EN管脚置低，芯片进入关闭状态，所有寄存器被清除

　　使能：

　　●EN管脚置高，芯片进入使能状态，所有寄存器进入初始状态，如Table 1.由于在初始状态寄存器0x01 EN=1 SWS=0 ,功放部分使能，可以直接进行播放；

表1. TPA2028D1寄存器初始值

　　TPA2028D1的设计为，芯片使能后放大器初始增益由Fixed Gain决定。而TPA2028D1 Fixed Gain寄存器 Reg5/bit5:0 初始值为00110,即6dB,因此在此状态下放大器的增益初始值固定为6dB.由于Max Gain寄存器Reg7/bit7:4初始值为30dB,因此此时播放的信号以Release time寄存器Reg3/bit5:0的初始值 1.81秒/6dB的速度，从6dB慢慢向30dB增加。如Figure 1所示。因此会造成明显的淡入效果，对于存在时间过于短暂的信号，则造成过小的现象。

图1. 硬件使能TPA2028D1增益递增

　　2.2 软件关闭/使能

　　关闭：

　　●EN=0 （Reg1/bit6）或者 SWS=1 （Reg1/bit5）

　　使能：

　　●EN=1 （Reg1/bit6）或者 SWS=0 （Reg1/bit5）

　　EN和SWS不会清除寄存器的设定状态，所有寄存器值维持原先的设置，因此TPA2028D1在软件使能之后可以按照设定的Fixed Gain和Max Gain以及Release Time进行变化。如Figure 2所示。因此只需要设置合适的Fixed Gain, Max Gain和Release Time,就可以控制这种变化，从而消除AGC和DRC带来的淡入淡出问题。

图2. 软件使能TPA2028D1增益递增

　　值得注意的是，由于芯片内部状态的建立需要时间，因此会产生一定的输出延迟。TPA2028的延迟在6ms左右，由于这个时间相对Ramp up的时间相对短暂，而且处理器播放突发音时普遍存在一定的延迟，所以在一般的设计中输出延迟可以忽略。但如果在实际的应用中有处理器播放未加延迟的情况，则可以通过在处理器播放突发音文件前加入6ms延迟来解决。

图3. 输出延迟

　　3. 利用不同的应用模式选择合适的参数设置

　　根据上面对突发音淡入现象原因的分析，为了解决TPA2028D1对突发音信号的响应问题，解决问题的方式为：

　　●用软件使能TPA2028D1代替硬件使能；

　　●缩小设置的Fixed Gain和Max Gain之间的差别。

　　但由于音乐播放等应用中，Fixed Gain和 Max Gain仍需要存在一定的差别。因此我们可以通过：

　　●找到一组中间参数能够平衡连续的音乐播放和突发音播放效果；

　　●根据不同的应用判断是否存在突发音的播放，分别针对连续音乐的播放和突发音的播放设置两套不同的参数。由于在实际应用中，使能TPA2028D1,播放突发音，再关闭，的应用都是在一些特定的应用下进行。例如播放拍照音时，设备一般处于拍照状态；键盘音，设备处于键盘输入状态。因此我们可以根据不用的应用决定TPA2028参数的设置，使得在消除突发音淡入淡出效果时，不影响到音乐的播放效果。

　　由于现存的智能便携设备操作系统应用程序处于UI层，而控制TPA2028D1的驱动处于驱动层，因此需要通过驱动读取操作系统的相关log文件对于应用程序进行判断。

　　3.1 适合突发音的设置

　　由于快速信号和音乐动态范围和播放幅度不一样，因此可以选择独立于音乐播放之外的另一套更适合快速信号播放的 TPA2028的参数。

　　选择提示音播放增益。因为TPA2028在芯片输出使能后，增益会从Fixed Gain向Max Gain变化，因此缩小Fixed Gain与Max Gain的区别（3dB以内的增益变化一般不会引起听觉响度明显的变化），能够限制Gain的大幅变化。

　　选择这个增益时还需要注意信号幅度和音量之间的关系，防止提示音过小或过大引起的问题。对于峰峰值在500mV左右的输出信号，建议的增益设置在18dB~22dB之间。由于快速信号动态范围相对固定，因此一般不需要DRC的介入，因此建议设置压缩比为1:1.

　　当增益的变化被控制在较小的变化范围以内，Attack Time, Hold Time和 Release Time等参数对于渐变的影响就变得相对较小，但仍建议尽量减小将这几个参数的值。

　　此外，因为软件关闭芯片后，芯片的I2C部分仍然使能，因此相比硬件关闭芯片功耗要高。在3.6V至4.2V范围内，硬件关闭芯片，静态电流在0.2μA至0.3μA之间。而使用软件关闭芯片后，芯片的静态电流在 50μA至65μA之间。因此在设备进入待机后可以硬件关闭TPA2028.

　　3.2 突发音设置的时序控制

　　因为在开机或者退出待机状态等情况下，仍然存在EN从拉低状态到拉高状态的变化，此时TPA2028D1所有寄存器值均为初始状态。因此在进入突发音播放的情况下，我们需要设置芯片寄存器参数，使其适合突发音信号的播放。而使用软件使能和关闭芯片，不会清除寄存器的状态，因此之后使用软件关闭芯片后，再次使能前则不需要重新设置寄存器参数。

　　首次使能时序的控制：

　　●将EN管脚拉高，使能芯片；

　　●在6ms内使用I2C将SWS设置为1,软件关闭TPA2028;

　　●设置Fixed Gain和Max Gain,以及Attack/Release Time;

　　●使用I2C将SWS设置为0,软件使能TPA2028;

　　●延迟6ms后开始进行突发音的播放。

　　关闭时序的控制：

　　●保持EN管脚拉高，芯片一直处于使能状态；

　　●使用I2C将 SWS设置为1,软件关闭TPA2028;

　　再次使能时序的控制

　　●使用I2C将SWS设置为0,软件使能TPA2028;

　　●延迟6ms后开始进行突发音的播放。

　　3.3 实际

　　Android智能手机，TPA2028D1的应用中，出现了电话拨号的应用中，连续按拨号键，按键提示音逐渐变大的现象。

　　检查按键音播放的流程为：

　　●进入电话拨号应用程序后，TPA2028D1的EN管脚被拉低；

　　●处理器得到按键键值后，读取按键音音频文件，并同时拉高 EN脚进行播放；

　　●延时1秒，如果没有其他键按下，则拉低EN脚关闭TPA2028D1.

　　用1kHz连续信号代替按键音，实测 TPA2028D1输出波形如 Figure 4,信号缓慢增加，音量由小到大渐变。

图4. 实际更改前 TPA2028D1输出递增波形

　　更改播放时序如下：

　　●进入电话拨号应用程序后，拉高TPA2028D1的EN管脚；

　　●通过I2C设置芯片：

　　I2CWrite（0xb0, 0x01, 0xe3）； //SWS=1, disable TPA2028D1

　　I2CWrite（0xb0, 0x05, 0x1e）； //Fixed Gain=30dB

　　I2CWrite（0xb0, 0x07, 0xc0）； //Max Gain=30dB

　　●处理器得到按键键值后，读取按键音音频文件，同时通过 I2C设置芯片：

　　I2CWrite（0xb0, 0x01, 0xc3）； //SWS=1, enable TPA2028D1

　　使能TPA2028,进行按键音播放；

　　●延时1秒，如果没有其他键按下，则同时通过 I2C设置芯片：

　　I2CWrite（0xb0, 0x01, 0xe3）； //SWS=1, disable TPA2028D1

　　关闭TPA2028.

　　●手机推出电话拨号应用程序后，或者手机进入待机状态后拉低 TPA2028D1的 EN管脚。

　　实测波形如 Figure 5.实际使用中，连续按按键，按键提示音正常。

图5. 实际更改后输出波形

　　4 小结

　　TPA2028D1由于加入了有效改善音乐重放效果的AGC/DRC,其中包含的延迟设置，无法对于突发音等短暂信号起到快速响应的效果。在我们的实际应用中，如果能够从以下两个方面完善设计：

　　●判断播放模式，区分音乐和突发音的应用场景，分别优化参数设置；

　　●以软件方式使能或者关闭芯片；即可达到更优的播放效果。