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电子知识

PCB设计之D类音频放大器设计原型

作者:立深鑫        发布时间:01-19        点击:
摘要 : PCB设计中放大器可以有各种形状和尺寸,具体取决于其带宽,功耗和许多其他因素。D类音频放大器设计通常与高保真音频系统一起使用,并且D类音频放大器的电路在原理图中构建起来不太困难。如果您从未使用过D类音频放大器,或者您正在寻找有趣的音频项目,请遵循以下PCB布局。
PCB设计中放大器可以有各种形状和尺寸,具体取决于其带宽,功耗和许多其他因素。D类音频放大器设计通常与高保真音频系统一起使用,并且D类音频放大器的电路在原理图中构建起来不太困难。如果您从未使用过D类音频放大器,或者您正在寻找有趣的音频项目,请遵循以下PCB布局。

原理图

该原理图具有围绕单个IC聚集的许多组件,如下图1所示。在这种类型的布置中,可以等到原理图完成后再分配参考代号。因此,原理图中组件下方有红色误差线。只需忽略这些,就可以了,在您分配了唯一的指示符之后,它们将消失。


D类音频放大器设计

零件选择

除了主AD52658立体声D类扬声器放大器之外,在继续进行PCB布局之前,无需执行许多特殊步骤。我们需要做的第一件事是从“制造商零件搜索”面板中获取AD52658组件。从这里开始,我们可以将其直接放置在空白原理图中,并开始在设备中添加其他无源器件。


D类音频放大器

应该选择其他无源器件来处理适当的功率输出(电阻器)和具有适当电容的电压。由于我们不必担心该放大器的极高频率,因此可以使用电解电容器。

代号

就分配指示符而言,您应尝试使它们保持井井有条,尤其是在项目中要使用多个图纸的情况下。我将开始在原理图的左上角分配参考标记,然后沿图纸对角线进行操作。如果要在更广泛的系统中使用此电路,也可以用一些指向其他工作表的端口替换连接器。

差分输出

如果仔细观察原理图,您会注意到左右输出是差分对。在这里,如果我们需要对多个差分信号应用大量的设计规则,则可以放置一个差分对指令。由于我们不担心阻抗控制的布线,因此在此将其省略。我们只需要确保这些信号的长度匹配即可,这很容易在PCB布局中完成。

功率

您会在这里注意到,我没有在此板上放置功率调节。不过,只要可以提供AD52658数据表中指定的最大18.5 W最大输出功率,就可以在原理图中添加功率调节器。您可以在其他原理图中添加一个简单的电源调节器单元,然后将其导入板中以提供5 V电源。在该板上,我将通过引脚接头增加电源,以使事情变得简单。

PCB布局

尽管原理图看起来有些拥挤,但需要仔细放置和布线的主要组件是AD52658,以及走线到我们输入/输出连接器的走线。在开始布局之前,我们需要遵守一些重要的EMC规则,以防止向连接到此板的扬声器输出低电平噪声。
由于我们处理的不是极高的速度(慢速PWM信号的带宽最高只能达到〜1 MHz),因此在规划PCB布局时应遵循一些标准的PI,EMI和EMC准则。

电源:在内部层上使用连续的接地平面,并使平面远离PC板的边缘。对于该板,您可以使用电源板,但是我们的电流不是很高,因此没有必要。取而代之的是,我将使用一些较粗的走线来将功率从电源接头连接到组件,并将功率从放大器输出路由到扬声器连接器。

布线:保持放大器到扬声器的输出走线尽可能短。这些走线和扬声器导线将是最大的辐射EMI来源。

帽:在这种类型的低速设计的,正常的建议是使用1 nF的低ESR的上限附近的TPA3138D2 IC受潮地面反弹,使寄生电感最小。TPA3138D2芯片左上部分的PVCC引脚输入上有两个大电容器(0.1 mF / 50 V)(见图1)。可以使用径向电容器,以使其占用较小的电路板空间。对于PWM信号及其瞬态引起的中频噪声,您还可以使用一个0.1 µF电容,该电容应尽可能靠近PVCC引线放置。

寄生:在这里,我们主要担心将关键迹线的环路电感保持在较小水平。这是使用连续接地并将扬声器输出放置在靠近放大器的另一个原因。

散热片:在4或8欧姆(标准扬声器阻抗)和额定功率输出下,您需要制定散热策略。将接地层放在模块下方会有所帮助,但是TPA3138D2足够大,可以在其上放置一个小的散热器。

下面的图3显示了3D的最终布局(在PCB编辑器打开的情况下,通过在键盘上按“ 3”来访问此布局)。我使用的策略是将输出连接器放在电路板的边缘,然后向后移至电源端口。放置输出连接器后,我放置了AD52658放大器,在放大器和扬声器输出之间布置了走线,并在它们周围放置了其他无源元件。最后,我将电源连接保持在板子的左下方。如果您想包括一个板载开关稳压器,那么这将是一个不错的选择,因为它离音频输出走线很远。


D类音频放大器

在图4中,您将找到2D PCB布局。该评估板设计为两层,包括多个多边形,可为放大器部分供电。在此评估板上,使用多边形浇注将最粗的走线路由至扬声器输出是最简单的。底层包含一个坚固的接地层,并且在布局中放置了多个导通栅栏,以在板的左侧和右侧之间提供一定的隔离。您会注意到,顶层也被地面填充,为输入音频信号提供屏蔽。

D类音频放大器

需要注意的一点是通向输出连接器的较大的铜填充区域。这些走线对板子来说有点过大,但是该板子会承载高功率,因此可以选择较大的走线来帮助保持较低的温度。相反,由于我们假设输入信号将是一个相当低的电平,因此输入端的走线要小得多。