突破低压极限，兼顾高响度与高可靠 | 拓尔微TMS8931音频功放芯片深度解析

在便携式音频设备风靡的今天，设计师们始终在有限的电池电压（5V或单节锂电池）框架内，与三个核心痛点博弈：如何不依赖笨重的升压电感，就让小设备爆发出足够响亮的音量？如何在追求高响度的同时，确保脆弱的喇叭不因过载而损坏？又如何在电池电量将尽、内阻增大时，避免设备突然“罢工”关机？

功率与效率的博弈：传统5V供电，输出功率天花板触手可及。外置升压电路虽能提升电压，却以增加成本、PCB面积和功耗为代价。

音量与安全的矛盾：盲目提升增益以求响亮，极易导致信号削波产生刺耳“破音”，更可能因瞬间过功率而烧毁喇叭音圈，可靠性存疑。

系统稳定性的隐忧：当电池老化或处于低电量时，其内阻陡增。若功放瞬间抽取大电流，会导致电池电压骤降，可能引发主控系统复位甚至意外关机，体验极差。

拓尔微电子推出的 TMS8931 —— 一款4.5W单声道Class G音频功放芯片，正是为解决这些系统性难题而生。它不只提供功率，更提供了一套完整的“高响度、高可靠”音频解决方案。

▲TMS8931 原理图

针对这些普遍痛点，拓尔微电子全新推出的TMS8931 —— 一款4.5W单声道Class G音频功放芯片，正是为解决这些系统性难题而生。它不只提供功率，更提供了一套完整的“高响度、高可靠”音频解决方案。

Class G电荷泵：无需电感的高效升压引擎

市场痛点：在5V或单节锂电池供电的苛刻条件下，传统D类功放的输出功率存在理论天花板，难以驱动喇叭实现震撼响度。外置升压电感方案则增加了成本、功耗和宝贵的PCB面积。

TMS8931技术价值：集成基于电荷泵的Class G架构，是破局关键。小信号时，芯片直接由电池供电，静态电流低至2.8mA，极致节能；当需要大功率输出时，内置电荷泵在20μs内启动，将内部功率电源（PVDD）升至约6.3V，从而在5V输入、4Ω负载下输出高达4.5W的功率。其核心价值在于，在显著提升输出能力的同时，完全省去了外部电感，实现了高功率、高效率与极小布板面积的完美统一。

APC自适应防破音 + 三档可设功率：喇叭的双重智能保镖

市场痛点：提升响度最粗暴的方法是增加增益，但这极易导致音频信号削波（破音），产生刺耳失真，长期更会因瞬间功率过载而损坏喇叭音圈，可靠性风险高。

TMS8931技术价值：芯片提供了软硬件结合的双重保护。APC（自适应PWM控制） 功能在检测到信号即将削波时，能在一个周期内快速限制输出功率，消除可闻破音。硬件上支持三档最大输出功率可调，允许开发者根据所选喇叭的额定功率，在芯片端设置一个绝对安全上限，从根源上杜绝过载损坏。这使得设计师能大胆追求最佳听感，而无后顾之忧。

电池电压追踪：低电量系统的“镇定剂”

市场痛点：当设备电池电量偏低时，其内阻会增大。若此时功放突然播放大动态音乐，瞬间的大电流需求会导致电池电压暴跌，极易引发主控系统复位或异常关机，造成糟糕的用户体验。

TMS8931技术价值：芯片集成电池电压追踪功能，实时监控供电电压（VDD）。当电压偏低时，芯片会自动、平滑地限制最大输出功率，防止因自身工作而拉垮系统电压。这彻底解决了便携设备在低电量时声音卡顿或突然关机的顽疾，极大增强了系统的整体稳定性与用户体验。

快速启停与可调软启动：听感的“净化器”

市场痛点：功放芯片在开关机瞬间，由于偏置电压的突变，容易产生“噗噗”（Pop-Click）的冲击噪声，严重影响听感品质和产品的高级感。

TMS8931技术价值：芯片内置快速Fade-in/Fade-out电路。在开关机时，能对音频信号进行约2ms的平滑淡入淡出控制。这能有效抑制开关机过程中的冲击电流，实现安静、顺滑的启停体验，杜绝了令人不快的噪声。

全面的保护与卓越的音频性能：高可靠性的基石

市场痛点：便携设备使用环境复杂，面临着静电、短路、过热等潜在风险，需要芯片具备强大的自我保护能力。同时，基础音频性能（失真、噪声）的优劣直接决定了音质的下限。

TMS8931技术价值：芯片集成了输出对电源/地短路保护、过温保护、欠压锁定（UVLO）等多重保护机制，ESD等级高达4kV/5000V HBM，提供了坚如磐石的可靠性。在音质层面，其THD+N（总谐波失真加噪声）低至0.035%，输出底噪仅为129μV@26dB增益，确保了纯净、高保真的声音起点，为优质音频体验奠定了坚实基础。

拓尔方案TMS8931与市场传统方案对比总结:

产品特点

• 最大输出功率4.5W：4.5W@RL=4Ω/10%THD

• 三档最大输出功率用户可设定匹配不同的喇叭

• 默认基于APC（Adaptive PWM Control）技术的防破音输出

• 内置电荷泵升压，无需电感

• G类工作模式（电荷泵自动控制）

• D 或者AB双模输出（TMS8931）

• 电池电压追踪以限制最大输出功率

• 支持单端或者差分输入

• 2.8V~5.5V工作电压范围

• 内置快速的Fade-in/Fade-out

• 4kV HBM ESD

• 输出对输出， 输出对VDD， 输出对GND短路保护

• 过温保护

• TMS8931/ESSOP-10L

拓尔微TMS8931，不仅是一颗高性能的4.5W D类音频功放，更是一套为现代便携与适配器供电设备量身定制的高可靠性音频系统解决方案。它创新性地融合了 Class G电荷泵 以突破低压功率瓶颈，通过 APC防破音 与 可设功率 双重机制守护喇叭安全，并凭借 电池电压追踪 与 可调软启动 功能，系统性解决了设备在“低电量工作”与“上电瞬间”两大关键节点的稳定性难题。其卓越的音频性能（THD+N低至0.035%）、全面的保护机制以及极简的外围需求，使工程师能够以更低的系统复杂度和成本，打造出声音更响亮、听感更纯净、运行更可靠的产品。TMS8931重新定义了紧凑型设备音频系统的价值标准，是追求卓越用户体验与差异化竞争力的理想选择。

审核编辑 黄宇