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PCB設(shè)計(jì):簡(jiǎn)單的D類(lèi)放大器設(shè)計(jì)原型

PCB線路板打樣 ? 來(lái)源:上海韜放電子 ? 作者:上海韜放電子 ? 2021-01-11 11:02 ? 次閱讀

PCB設(shè)計(jì)放大器可以有各種形狀和尺寸,具體取決于其帶寬,功耗和許多其他因素。D類(lèi)放大器設(shè)計(jì)通常與高保真音頻系統(tǒng)一起使用,并且D類(lèi)放大器的電路在原理圖中構(gòu)建起來(lái)不太困難。如果您從未使用過(guò)D類(lèi)放大器,或者您正在尋找有趣的音頻項(xiàng)目,請(qǐng)遵循以下PCB布局。

一個(gè)簡(jiǎn)單的D類(lèi)放大器設(shè)計(jì)原型

我將在這里展示的電路板在原理圖中比在布局中更為復(fù)雜,但是您可以從另一個(gè)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的設(shè)計(jì)中創(chuàng)建。該評(píng)估板的核心組件是無(wú)電感器TPA3138D2 D類(lèi)音頻放大器。我將顯示的布局類(lèi)似于該組件的分線模塊,但是有些區(qū)別將有助于確保噪聲抑制和EMC。此外,接線板上的香蕉夾插孔已由標(biāo)準(zhǔn)的3.5毫米音頻插孔取代。

原理圖

該原理圖具有圍繞單個(gè)IC聚集的許多組件,如下圖1所示。在這種類(lèi)型的布置中,可以等到原理圖完成后再分配參考代號(hào)。因此,原理圖中組件下方有紅色誤差線。只需忽略這些,就可以了,在您分配了唯一的指示符之后,它們將消失。

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零件選擇

除了主TPA3138D2立體聲D類(lèi)揚(yáng)聲器放大器之外,在繼續(xù)進(jìn)行PCB布局之前,無(wú)需執(zhí)行許多特殊步驟。我們需要做的第一件事是從“制造商零件搜索”面板中獲取TPA3138D2組件。從這里開(kāi)始,我們可以將其直接放置在空白原理圖中,并開(kāi)始在設(shè)備中添加其他無(wú)源器件。

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圖2.在Altium Designer的“制造商零件搜索”面板中找到TPA3138D2。

應(yīng)該選擇其他無(wú)源器件來(lái)處理適當(dāng)?shù)墓β瘦敵觯?a target="_blank">電阻器)和具有適當(dāng)電容的電壓。由于我們不必?fù)?dān)心該放大器的極高頻率,因此可以使用電解電容器。

代號(hào)

就分配指示符而言,您應(yīng)嘗試使它們保持井井有條,尤其是在項(xiàng)目中要使用多個(gè)圖紙的情況下。我將開(kāi)始在原理圖的左上角分配參考標(biāo)記,然后沿圖紙對(duì)角線進(jìn)行操作。如果要在更廣泛的系統(tǒng)中使用此電路,也可以用一些指向其他工作表的端口替換連接器

差分輸出

如果仔細(xì)觀察原理圖,您會(huì)注意到左右輸出是差分對(duì)。在這里,如果我們需要對(duì)多個(gè)差分信號(hào)應(yīng)用大量的設(shè)計(jì)規(guī)則,則可以放置一個(gè)差分對(duì)指令。由于我們不擔(dān)心阻抗控制的布線,因此在此將其省略。我們只需要確保這些信號(hào)的長(zhǎng)度匹配即可,這很容易在PCB布局中完成。

功率

您會(huì)在這里注意到,我沒(méi)有在此板上放置功率調(diào)節(jié)。不過(guò),只要可以提供TPA3138D2數(shù)據(jù)表中指定的最大18.5 W最大輸出功率,就可以在原理圖中添加功率調(diào)節(jié)器。您可以在其他原理圖中添加一個(gè)簡(jiǎn)單的電源調(diào)節(jié)器單元,然后將其導(dǎo)入板中以提供5 V電源。在該板上,我將通過(guò)引腳接頭增加電源,以使事情變得簡(jiǎn)單。

PCB布局

盡管原理圖看起來(lái)有些擁擠,但需要仔細(xì)放置和布線的主要組件是TPA3138D2,以及走線到我們輸入/輸出連接器的走線。在開(kāi)始布局之前,我們需要遵守一些重要的EMC規(guī)則,以防止向連接到此板的揚(yáng)聲器輸出低電平噪聲。

由于我們處理的不是極高的速度(慢速PWM信號(hào)的帶寬最高只能達(dá)到?1 MHz),因此在規(guī)劃PCB布局時(shí)應(yīng)遵循一些標(biāo)準(zhǔn)的PI,EMI和EMC準(zhǔn)則。

電源:在內(nèi)部層上使用連續(xù)的接地平面,并使平面遠(yuǎn)離PC板的邊緣。對(duì)于該板,您可以使用電源板,但是我們的電流不是很高,因此沒(méi)有必要。取而代之的是,我將使用一些較粗的走線來(lái)將功率從電源接頭連接到組件,并將功率從放大器輸出路由到揚(yáng)聲器連接器。

布線:保持放大器到揚(yáng)聲器的輸出走線盡可能短。這些走線和揚(yáng)聲器導(dǎo)線將是最大的輻射EMI來(lái)源。

帽:在這種類(lèi)型的低速設(shè)計(jì)的,正常的建議是使用1 nF的低ESR的上限附近的TPA3138D2 IC受潮地面反彈,使寄生電感最小。TPA3138D2芯片左上部分的PVCC引腳輸入上有兩個(gè)大電容器(0.1 mF / 50 V)(見(jiàn)圖1)。可以使用徑向電容器,以使其占用較小的電路板空間。對(duì)于PWM信號(hào)及其瞬態(tài)引起的中頻噪聲,您還可以使用一個(gè)0.1 μF電容,該電容應(yīng)盡可能靠近PVCC引線放置。

寄生:在這里,我們主要擔(dān)心將關(guān)鍵跡線的環(huán)路電感保持在較小水平。這是使用連續(xù)接地并將揚(yáng)聲器輸出放置在靠近放大器的另一個(gè)原因。

散熱片:在4或8歐姆(標(biāo)準(zhǔn)揚(yáng)聲器阻抗)和額定功率輸出下,您需要制定散熱策略。將接地層放在模塊下方會(huì)有所幫助,但是TPA3138D2足夠大,可以在其上放置一個(gè)小的散熱器。

下面的圖3顯示了3D的最終布局(在PCB編輯器打開(kāi)的情況下,通過(guò)在鍵盤(pán)上按“ 3”來(lái)訪問(wèn)此布局)。我使用的策略是將輸出連接器放在電路板的邊緣,然后向后移至電源端口。放置輸出連接器后,我放置了TPA3138D2放大器,在放大器和揚(yáng)聲器輸出之間布置了走線,并在它們周?chē)胖昧似渌麩o(wú)源元件。最后,我將電源連接保持在板子的左下方。如果您想包括一個(gè)板載開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器,那么這將是一個(gè)不錯(cuò)的選擇,因?yàn)樗x音頻輸出走線很遠(yuǎn)。

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圖3. 3D中的成品組件布置。

在圖4中,您將找到2D PCB布局。該評(píng)估板設(shè)計(jì)為兩層,包括多個(gè)多邊形,可為放大器部分供電。在此評(píng)估板上,使用多邊形澆注將最粗的走線路由至揚(yáng)聲器輸出是最簡(jiǎn)單的。底層包含一個(gè)堅(jiān)固的接地層,并且在布局中放置了多個(gè)導(dǎo)通柵欄,以在板的左側(cè)和右側(cè)之間提供一定的隔離。您會(huì)注意到,頂層也被地面填充,為輸入音頻信號(hào)提供屏蔽。

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圖4. D類(lèi)放大器設(shè)計(jì)的PCB布局。

需要注意的一點(diǎn)是通向輸出連接器的較大的銅填充區(qū)域。這些走線對(duì)板子來(lái)說(shuō)有點(diǎn)過(guò)大,但是該板子會(huì)承載高功率,因此可以選擇較大的走線來(lái)幫助保持較低的溫度。相反,由于我們假設(shè)輸入信號(hào)將是一個(gè)相當(dāng)?shù)偷碾娖剑虼溯斎攵说淖呔€要小得多。
編輯:hfy

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