STA333ML：2通道无麦克风高效数字音频系统的技术剖析

在音频技术不断发展的今天，高效、高性能的数字音频系统备受关注。STA333ML作为一款独特的数字音频处理与功率放大芯片，为音频设备的设计带来了新的选择。下面，我们就来深入了解一下这款芯片。

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一、产品概述

STA333ML是一款单芯片，集成了数字音频处理和高效功率放大功能，无需外部微控制器即可独立工作。它属于Sound Terminal®系列，能够为扬声器提供全数字音频流，具有成本效益高、功耗低和音质丰富等优点。该芯片结合了独特的24位DDX®数字D类三元调制器和极低(R_{dsON})的立体声功率DMOS级，总输出功率可达2 x 20 W，在效率（>90%）、总谐波失真（THD）、信噪比（SNR）和电磁干扰（EMI）方面表现出色。无麦克风特性使其适用于低成本应用，如底座、数字扬声器和音频终端等。

二、产品特性

电源与功率特性

• 宽电源电压范围：支持4.5 - 20 V的电源电压，在(V_{CC}=18 V)时，能向8Ω负载提供2 x 20 W的功率。
• 高效功率输出：采用PowerSSO - 36带外露焊盘封装，结合独特的24位DDX®数字D类三元调制器和极低(R_{dsON})的立体声功率DMOS级，效率超过90%。

音频处理特性

• 高音质表现：具备100 dB的信噪比和动态范围，可选择32 kHz至48 kHz的输入采样率，内部处理采样率为96 kHz，24位精度，能提供出色的音质。
• 智能静音功能：具有自动零检测静音和自动无效输入检测静音功能，可避免不必要的音频输出。

接口与配置特性

• 标准音频接口：采用2通道(I^{2}S)输入数据接口，支持标准数字音频组件的串行数据格式，方便与其他设备连接。
• 灵活时钟配置：可选择256或364 * fs的时钟输入比率，适应不同的应用需求。
• 增益与过采样选择：通过引脚可选择0 dBFs或24 dBFs的增益，以及256 fs或384 fs的过采样率。

保护特性

• 多重保护机制：具备嵌入式热过载、短路保护功能，能有效保护芯片免受损坏。故障情况还可通过外部引脚（INT_LINE）发出信号，方便用户进行故障诊断。

三、引脚说明

引脚	名称	类型	描述
1	GND_SUB	Gnd	基板接地
2	FMT	In	串行格式选择，0为(I^{2}S)格式，1为左对齐格式
3	TEST_MODE	In	必须连接到地
4	VSS_REG	Analog	内部参考电压，(V_{CC}- 3.3 V)
5	VCC_REG	Analog	内部(V_{CC})参考电压
6	OUT2B	Out	输出半桥2B
7	GND2	Gnd	电源负电源
8	VCC2	Power	电源正电源
9	OUT2A	Out	输出半桥2A
10	OUT1B	Out	输出半桥1B
11	VCC1	Power	电源正电源
12	GND1	Gnd	电源负电源
13	OUT1A	Out	输出半桥1A
14	GND_REG	Analog	内部接地参考
15	VDD_REG	Analog	内部3.3 V参考电压
16	CONFIG	In	配置模式，必须连接到地
17 - 20	N.C.	-	未连接
21	VDD_DIG	Power	数字正电源
22	GND_DIG	Gnd	数字接地
23	PWRDN	In	电源关闭控制，0为低功耗模式，1为正常操作
24	VDD_PLL	Power	PLL正电源
25	FILTER_PLL	In	连接到PLL滤波器
26	GND_PLL	Gnd	PLL负电源
27	XTI	In	PLL输入时钟，256 fs或384 fs
28	BICKI	In	(I^{2}S)串行时钟
29	LRCKI	In	(I^{2}S)左右时钟
30	SDI	In	(I^{2}S)串行数据通道
31	RESET	In	复位
32	INT_LINE	Out	故障中断
33	ONSEL	In	过采样选择，0为256 fs，1为384 fs
34	GAIN	In	增益选择，0为0 dBFs，1为24 dBFs
35	GND_DIG	Gnd	数字接地
36	VDD_DIG	Power	数字电源
-	EP	-	用于PCB散热片的外露焊盘，连接到接地平面

四、电气规格

绝对最大额定值

符号	参数	最小值	典型值	最大值	单位
(V_{CC})	电源电压（引脚VCC1、VCC2）	-	-	23	V
(V_{L})	逻辑输入接口	-0.3	-	4	V
(V_{DD})	数字电源（引脚VDD_DIG）	-	-	4	V
(T_{op})	工作结温	0	-	150	°C
(T_{stg})	存储温度	-40	-	150	°C

热数据

符号	参数	最小值	典型值	最大值	单位
(R_{Th(j - case)})	结到外壳（散热焊盘）的热阻	-	1.5	2	°C/W
(T_{sd})	热关断结温	140	-	150	°C
(T_{hsd})	热关断滞后	18	20	22	°C

推荐工作条件

符号	参数	最小值	典型值	最大值	单位
(V_{CC})	电源电压（引脚VCC1、VCC2）	4.5	-	20.0	V
(V_{L})	逻辑输入接口	2.7	3.3	3.6	V
(V_{DD})	数字电源（引脚VDD_DIG）	2.7	3.3	3.6	V
(T_{amb})	环境温度	0	-	70	°C

数字部分电气规格

包括输入电流、输入输出电压、上拉/下拉电流和等效电阻等参数，确保芯片在数字信号处理方面的稳定性和可靠性。

功率部分电气规格

在特定工作条件下（(V{CC}=18 V)，(V{DD}=3.3 V)，(f{sw}=384 kHz)，(T{amb}=25^{circ}C)，(R_{L}=8 Omega)），给出了输出功率、导通电阻、泄漏电流、死区时间、上升/下降时间、电源电流、短路保护、欠压保护、动态范围、信噪比、总谐波失真+噪声、电源抑制比、串扰和峰值效率等参数，全面评估了芯片的功率性能。

上电序列

上电时，XTI主时钟稳定后与复位信号移除之间的最小时间为1 ms，且(V{CC})和(V{DD})的开启顺序无特殊要求。

五、功能描述

串行音频接口协议

STA333ML的串行音频输入接口与标准数字音频组件兼容，通过3个输入引脚（LRCKI、BICKI和SDI）提供两通道的串行数据。可通过FMT引脚选择(I^{2}S)格式或左对齐格式。

故障检测恢复旁路

片上功率输出模块通过输入向数字控制器提供反馈，当检测到故障（过流或过热）时，功率控制模块会尝试恢复，将三态输出置为0并保持1 ms，然后再切换回1，只要故障存在就会重复此过程。

零检测静音启用

若启用该功能，零检测电路会检查每个处理通道是否接收到2048个连续的零值样本，若是则将该通道静音。

淡入/淡出功能

STA333ML在上电、断电或故障后具有内部淡入/淡出功能，可实现平滑的音频过渡。

过采样选择

通过ONSEL引脚可配置PLL接受256 fs或384 fs的主时钟。

增益选择

通过GAIN引脚可配置芯片的增益为0 dBFs或24 dBFs。

电源关闭功能

通过PWDN引脚可控制芯片进入低功耗模式（PWDN = 0）或正常操作模式（PWDN = 1）。当功率级关闭时，PLL也会随之关闭，该功能还可作为静音功能使用。

六、应用场景

典型应用原理图

在设计PCB时，需特别注意电源供应，所有去耦电容应尽可能靠近芯片放置，以减少电源尖峰的影响。

内部电压参考

嵌入式电压调节器为DMOS桥驱动器提供参考电压，需要两个100 nF的电容来保持调节器的稳定，电容应靠近引脚放置。

PLL滤波器原理图

推荐使用特定的PLL环路滤波器方案和参数，以实现芯片在一般应用中的最佳性能。注意滤波器的接地应与PLL的接地直接连接，无电阻路径。

典型输出配置

对于BTL立体声模式，给出了典型的输出电路。无滤波器应用在电磁干扰方面较为关键，需遵循一些建议，如放大器到扬声器的走线应尽可能短，可使用铁氧体磁珠改善EMI性能，铁氧体磁珠应在音频频段具有低阻抗、在高频段具有高阻抗，且应靠近IC放置，同时使用缓冲网络可减少EMI，缓冲网络也应靠近IC放置。

七、封装特性

热特性

使用双层PCB，带有两个3×3 (cm^{2})的铜接地区域和16个过孔时，在自然空气对流下，结到环境的热阻为24 °C/W。芯片的功耗主要取决于电源电压、负载阻抗和输出调制水平，最大估计功耗约为4 W。

封装信息

ST提供不同等级的ECOPACK®封装以满足环保要求，相关规格、等级定义和产品状态可在www.st.com查询。

机械数据

给出了PowerSSO - 36 EPD封装的详细尺寸信息，包括长度、宽度、高度等参数，方便工程师进行PCB设计。

STA333ML以其丰富的功能、出色的性能和灵活的配置，为音频设备的设计提供了强大的支持。在实际应用中，工程师可根据具体需求合理选择和使用该芯片，以实现高性能、低成本的音频解决方案。你在使用类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。