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Philips TDA8920

TDA8920

TDA8920

TDA8920

Der TDA8920 ist ein von Philips entwickelter, digitaler Stereo-Verstärker mit einer Ausgangsleistung von bis zu 2x110W (+/-27V, 3Ω, 10% THD). Über 20W liegt der Wirkungsgrad oberhalb 80%. Der hier vorliegende Baustein trägt bereits das NXP-Logo. NXP ging aus Philips Semiconductor hervor. Der TDA8920 ist als SMT- und als THT-Baustein verfügbar (HSOP24: TDA8920BTH / DBS23B: TDA8920BJ). Das SMT-Package besitzt auf der Oberseite eine Metallfläche zur Entwärmung. Vom Die bis zu dieser Fläche beträgt der Wärmewiderstand lediglich 1,3K/W, darüber müssen bis zu 30W Verlustleistung abgeführt werden.

 

TDA8920 Blockschaltbild

Das Blockschaltbild im Datenblatt zeigt den Aufbau des Verstärkers. Ein interner Oszillator bietet eine Taktfrequenz von typischerweise 317kHz. Über einen Pin können mehrere Verstärker auf einen gemeinsamen Takt synchronisiert werden. Der TDA8920 benötigt neben einigen Kondensatoren lediglich noch zwei LC-Filter an den Ausgängen. Differentielle Eingangsstufen, PWM-Modulatoren, Treiber, Leistungstransistoren und Schutzschaltungen sind im Package integriert. Die Treiber der Highsidetransistoren werden über einen externen Bootstrap-Kondensator versorgt.

Für beide Kanäle sind jeweils zwei Versorgungen einzuplanen. Die eine Versorgung (VDDA, VSSA) dient den analogen Schaltungsteilen, die zweite Versorgung (VDDP, VSSP) bedient die Endstufen. Dazu kommt eine digitale Masse und jeweils ein Bezugspotential für die Eingangssignale. Der TDA8920 besitzt einen Spannungsregler, über den sich die Steuerschaltkreise versorgen. Ein Kondensator am Pin STABI puffert diese interne Spannung.

 

TDA8920 Package

Wie zu erwarten war, befindet sich das Die auf der großen Kühlplatte, die oben aus dem Gehäuse herausragt.

 

TDA8920 Die Schutz

Das Die ist mit einem Gelverguss geschützt.

 

TDA8920 Die

Die Abmessungen des Dies betragen 5,1mm x 4,2mm. Die zwei Kanäle sind deutlich zu erkennen. Im unteren Teil des Dies befinden sich die Leistungstransistoren, im oberen Teil ist die Steuerung integriert. Am rechten Rand sind einige Ätzmarker und Überreste von Teststrukturen zu finden.

 

TDA8920 Die Detail

TDA8920 Die Detail

N7262E2 könnte die interne Bezeichnung des Verstärkers sein.

 

TDA8920 Die Input

Auch wenn die einzelnen Strukturen zu komplex sind, um sie im Detail zu analysieren, lassen sich grundsätzliche Zusammenhänge erkennen. An der oberen Kante befinden sich links und rechts die differentiellen Eingänge. Die drei nach unten folgenden Bondpads übertragen die Versorgungs- und Bezugspotentiale der jeweiligen Eingangsstufe, von oben nach unten: VDDA, SGND und VSSA. Die Potentiale VDDA und VSSA werden großflächig verteilt.

Zwischen den beiden Kanälen befindet sich ein weniger symmetrischer Schaltungsteil. Dort münden auch die Potentiale MODE und OSC. Höchstwahrscheinlich handelt es sich um die Steuerungslogik des Verstärkers.

 

TDA8920 Die Input

Jedem Kanal sind zwei große Kondensatoren und zwei sehr große Widerstände zugeordnet. Vor allem die Ausdehnung der Widerstände überrascht. Durch die Verlegung in Schleifen ergibt sich eine enorme Länge.

 

TDA8920 Die Logik

In dem Bereich der vermutlich die Steuerung enthält sind vier typische Logikzeilen zu erkennen. In den dichter integrierten Zeilen befinden sich die Gatter, dazwischen erfolgt die Verdrahtung entsprechend der gewünschten Funktionen. Wahrscheinlich bilden die Gatter den Zustandsautomaten des Verstärkers ab.

 

TDA8920 Die Driver

Abgegrenzt von breiteren Leitungen befindet sich oberhalb der Leistungstransistoren nochmal ein feiner strukturierter Bereich mit zwei Testpunkten. Da hier auch die Bootstrap-Versorgung endet, kann man davon ausgehen, dass sich in diesem Bereich die Treiber der Leistungstransistoren befinden. Vermutlich sind hier auch gewisse Schutzschaltungen enthalten.

 

TDA8920 Die Spannungsregler

Zwischen den Endstufen verläuft ein breiter Streifen der Metalllage, der zu dem Bondpad führt, über das die interne Versorgungsspannung gepuffert wird. Im oberen Bereich sind darunter liegende, gleichmäßige Strukturen zu erkennen. Wahrscheinlich handelt es sich dabei um einen als Längsregler arbeitenden Leistungstransistor.

 

TDA8920 Die Powerstage

TDA8920 Die Powerstage

Jede Push-Pull-Endstufe besteht aus sechs Highside-Segmenten (rot/grün) und sechs Lowside-Segmenten (grün/blau). Sowohl das Ausgangspotential (grün), als auch VDDP (rot) und VSSP (blau) sind über drei Bonddrähte angebunden. Die gestufte Kontaktierung entspricht der lokalen Stromstärke. Während zum Beispiel in einem VDDP-Strang (rot) nach rechts immer mehr Strom in die darunter liegenden Leistungstransistoren abfließt, erhöht sich der Stromfluss im Ausgangszweig zum Ausgangs-Bondpad hin.

An der unteren Kante ist die Bootstrap-Schaltung integriert (rosa).

 

TDA8920 Die Powerstage Detail

Die Strukturen der Endstufentransistoren sind zu klein, um ihren Aufbau detailliert analysieren zu können.

 

TDA8920 Die Bootstrap

Der Bootstrap-Kondensator ist extern zwischen dem Ausgang des Kanals und dem Bondpad BOOT angebunden. Solange der Ausgang einen Lowpegel führt, lädt sich der Kondensator auf. Dazu befindet sich rechts neben dem BOOT-Bondpad eine Diode, die zu einem exklusiven VDD-Bondpad, führt. Der bräunliche Bereich rechts der Diode stellt höchstwahrscheinlich einen niederohmigen Widerstand dar. Der Widerstand dämpft den Umladevorgang und reduziert so Störungen und Überschwinger.

Durch parasitäre Induktivitäten am Ausgang des Verstärkers kann es zu Unterschwingern kommen, die den Bootstrap-Kondensator auf problematische Spannungen aufladen. Dieses Phänomen wird unter anderem in der Application Note AN-6076 von ON Semiconductor detailliert beschrieben. Mit diesem Hintergrund scheint es sehr wahrscheinlich, dass das Element ZD? zwischen dem Bootstrap-Potential und dem Ausgang eine Z-Diode ist, die Überspannungen ableitet.

 

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