マイコン音声再生システムの安全性と小型化を実現するPWM入力オーディオアンプ「NA1150」 - 半導体事業

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製品ピックアップアナログマイコン・プロセッサー・DSP 日清紡マイクロデバイス

日清紡マイクロデバイスと言えば"オペアンプ"と"電源IC"を真っ先にイメージされる方が多いと思いますが、「音」に関してのエキスパート集団という側面も持っています。
「音」は私達の五感に直接届くものであり、設計するエンジニアのみなさまは神経を使い理想のイメージとの合わせ込みに苦労している（これから苦労する）のではないでしょうか？
今回は日清紡マイクロデバイス社が世界中のお客さまにご提供する多数のラインナップのなかから、PWM信号入力のD級スピーカーアンプ/ドライバーNA1150をご紹介します。

NA1150概要

NA1150は、マイコンから音声・効果音を出力する音声再生システムに、PWM入力のオーディオアンプとして使用できるオーディオスイッチングドライバーICです。

株式会社ＣＲＩ・ミドルウェア（以下「ＣＲＩ」）のサウンドミドルウェア「CRI D-Amp Driver®（ダンプドライバー）」と組み合わせることで、省電力・高効率かつ高品質な音声再生を実現します。

近年マイコンの処理速度が早くなったことで、ソフトウェア（サウンドミドルウェア）でマイコンからPWM変調された音声・効果音を出力することができるようになりました。
ハードウェア（DACやSpeech Synthesis LSI）を使ったシステムに比べて、省実装面積・開発工数低減・部品点数削減のメリットがあるため、このサウンドミドルウェアを使ったシステムを採用するお客さまが増えています。

NA1150は、サウンドミドルウェアを搭載したマイコンと接続するだけで、シンプルな構成で、高品質な音声・効果音の再生を省電力で実現できるオーディオアンプです。
NA1150を使用することでEMI対策も簡易になり、マイコンにNA1150を使うことで、簡易に音声再生システムが構築できます。

このシステム用のサウンドミドルウェア
「CRI D-Amp Driver®（ダンプドライバー）」の詳細はこちら

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負荷診断機能搭載

NA1150は音声アラートが重要なシステムに求められる負荷診断機能を内蔵しています。負荷診断機能は、システムの動作状況や性能を監視し、異常や過負荷の兆候を早期に検知する機能です。
NA1150は、スピーカーハーネスの断線、ショート、自身の電源への天絡・地絡を検出し、マイコンに通知します。
オーディオアンプであるNA1150が負荷診断機能を内蔵することで、システム設計が柔軟になり、将来的な拡張を見据えた設計を容易にします。
システムを設計するお客さまにより安定した、効率的で信頼性の高いシステム運用を提供いたします。

基本原理

少しブレイクダウンしてデータシートを見てみます。
マイコンからPWM信号をアナログ信号に戻さず直接入力するため、音質が劣化が極めて少ないです。
動作原理としては下記に記載いたします。（NA1150データシート/P10から抜粋）

NA1150はマイコンなどからの差動PWM信号を入力し、ダイナミックスピーカーをそのPWM信号で駆動するPWM入力PWM出力のオーディオアンプです。
上記の画像は、NA1150を用いた基本的なアプリケーションです。
NA1150の入力端子をMCUのGPIOと直接接続し、MCUから出力されたPWM信号でスピーカーを駆動します。

これまで音声出力に必要とされていたDAC・LPF・電子ボリューム(EVR)・アンプ、または音声合成IC(Speech Synthesis LSI)・アンプという構成を使用せず、
MCU+NA1150というシンプルで実装面積を抑えた構成で機能を実現することが可能です。

製品仕様

	民生	車載
電源電圧範囲	2.6V ～ 5.5V
入力信号	PWM入力（差動/シングルエンド）
出力電力 Po	Typ.1.5W (@V+ = 5V, RL = 8Ω, THD+N = 10%)
消費電流	Typ. 2mA（無入力時）
動作温度範囲	−40°C ～ 125°C
パッケージ	DFN2323-8-GS VSP-8-AF（開発中）
AEC-Q100		AEC-Q100 grade 1
	モノラルBTL 出力
機能	負荷診断機能スタンバイ機能過熱検出機能過電流検出機能 UVLO