摘要
TAx5xxx-Q1 系列器件是用于汽车音频应用的多通道、高性能模数转换器和编解码器。本应用手册详细介绍了该系列的集成故障诊断功能，以及如何使用该系列器件进行稳健的系统设计。
商标
PurePathis a TM ofTI corporate name.
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1 引言
汽车系统设计为能够在各种恶劣环境中运行。随着越来越多的电子器件集成到汽车系统中，系统复杂性和发生故障的可能性也随之增加。汽车音频系统通常使用多个麦克风，这些麦克风依赖于波束形成、有源噪声消除或语音识别等算法。这些算法依赖于来自麦克风的可靠数据，如果系统中的一个或多个麦克风发生故障，则处理的数据会不可靠，从而导致错误的计算结果。在这些汽车音频应用中，可将麦克风放置在远离 PCB 的位置，例如放置在轮舱、靠近发动机或在乘客车厢中的不同位置。由于麦克风放置在较远位置，因此需要使用线束与其他电子元件进行连接。虽然在制造过程中已经格外小心地防止出现故障，但随着时间的推移，这些线束会老化，从而导致麦克风连接出现故障。德州仪器 (TI) 推出的全新汽车音频数据转换器系列提供集成的诊断监控功能，可确定何时出现输入故障状况，从而有助于应对这一挑战。利用这些信息，系统可以选择如何响应和调整系统算法来处理错误。
2 诊断监控架构
典型的汽车音频应用倾向于使用驻极体电容式麦克风 (ECM)，以便于安装、连接、拾取方向性、防潮和防尘。这些 ECM 麦克风的工作电压介于 2V 至 10V 之间，并且电压摆幅较大。为了进行准确的故障检测，ADC 需要与麦克风引脚直接连接。对于交流耦合应用，设计需要将输入引脚数增加一倍，如图 2-1 所示。
图 2-1 交流耦合诊断此配置还要求输入使用高压晶体管来直接处理 10VRMS 摆幅。这两个因素共同导致了解决方案的尺寸非常大。由于输入引脚加倍和晶体管的增加，TAx5xxx-Q1 系列使用直流耦合实现故障诊断，信号链前端有一个衰减器，让输入和诊断可以使用单个引脚运行。图 2-2 展示了此设计。
图 2-2 直流耦合诊断交流耦合也具有更高的输入摆幅和更多滤波灵活性等优势。对于需要交流耦合与故障诊断的应用，可以将一个通道用于交流耦合模拟输入并为直流耦合诊断指定另一个通道。图 2-3 所示的示例中，通道 1 具有交流耦合麦克风输入，通道 2 用于麦克风诊断。在此配置中，通道 1 上的故障记录在通道 2 的诊断寄存器中。不需要启用通道 2 的主 ADC，它仅用于诊断。
图 2-3 具有直流诊断功能的交流耦合输入图 2-3 展示了适用于故障监控信号链的 TAx5xxx 诊断监控架构。
图 2-4 诊断监控架构监控所有输入引脚（2 通道器件为 4 个引脚）以及 MICBIAS 引脚电压、MICBIAS 负载电流、VBAT_IN 输入和内部芯片温度。输入引脚首先通过衰减器，衰减器会在信号到达扫描多路复用器 (MUX) 之前将信号缩小 17 倍。多路复用器以连续方式自动扫描已启用诊断的所有输入。扫描速率可在 DIAG_CFG3 寄存器（第 1 页，地址 0x49）中调节。扫描多路复用器选择输入后，收集输入的八个连续样本并求其平均值，从而提高噪声性能。请注意，禁用通道的诊断与禁用通道本身是独立的，并且仍可以在非活动通道上读取诊断。
3 监测到的故障
3.1 麦克风故障
根据系统部署情况，麦克风或与麦克风相关的连接会因为各种原因而出现故障。例如，麦克风本身在长时间暴露于极端环境条件、过度振动或撞击之后性能会下降。随着时间的推移，将麦克风连接至系统中其他电子元件的电缆也会因振动、冲击或极端温度而性能下降。
为了进行可靠的检测，Tax5xxx-Q1 监控输入引脚是否存在以下故障：
- 输入短接至地
- 输入短接至 MICBIAS
- 输入开路
- 输入引脚短接在一起
- 输入过压检测
- 输入短接至 VBAT
TAx5xxx-Q1 系列的输入诊断功能专为麦克风输入而设计，但也可用于直流耦合线路输入。
大多数故障支持用户可编程的检测阈值。可以单独启用、禁用或屏蔽故障。因为许多故障都取决于测量值，为了使诊断监控处于活动状态，必须打开 MICBIAS（即使未主动使用 MCBIAS）。在为 MICBIAS 和 PLL 上电后，建议等待至少 10ms，然后再启用故障诊断监控。每个故障读数均修整为 8 位精度，以便与阈值的可编程性相匹配。检测到故障后，可以将其设置为触发 GPIO 引脚上的中断或强制通道自动断电。后续章节将介绍前面提到的每个故障。
