上海韜放電子 發表於 2021-01-11 11:02:37
PCB設計中放大器可以有各種形狀和尺寸，具體取決於其帶寬，功耗和許多其他因素。D類放大器設計通常與高保真音頻系統一起使用，並且D類放大器的電路在原理圖中構建起來不太困難。如果您從未使用過D類放大器，或者您正在尋找有趣的音頻項目，請遵循以下PCB布局。
一個簡單的D類放大器設計原型
我將在這裡展示的電路板在原理圖中比在布局中更為複雜，但是您可以從另一個經過驗證的設計中創建。該評估板的核心組件是無電感器TPA3138D2 D類音頻放大器。我將顯示的布局類似於該組件的分線模塊，但是有些區別將有助於確保噪聲抑制和EMC。此外，接線板上的香蕉夾插孔已由標準的3.5毫米音頻插孔取代。
原理圖
該原理圖具有圍繞單個IC聚集的許多組件，如下圖1所示。在這種類型的布置中，可以等到原理圖完成後再分配參考代號。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後，它們將消失。
零件選擇
除了主TPA3138D2立體聲D類揚聲器放大器之外，在繼續進行PCB布局之前，無需執行許多特殊步驟。我們需要做的第一件事是從「製造商零件搜索」面板中獲取TPA3138D2組件。從這裡開始，我們可以將其直接放置在空白原理圖中，並開始在設備中添加其他無源器件。
圖2.在Altium Designer的「製造商零件搜索」面板中找到TPA3138D2。
應該選擇其他無源器件來處理適當的功率輸出（電阻器）和具有適當電容的電壓。由於我們不必擔心該放大器的極高頻率，因此可以使用電解電容器。
代號
就分配指示符而言，您應嘗試使它們保持井井有條，尤其是在項目中要使用多個圖紙的情況下。我將開始在原理圖的左上角分配參考標記，然後沿圖紙對角線進行操作。如果要在更廣泛的系統中使用此電路，也可以用一些指向其他工作表的埠替換連接器。
差分輸出
如果仔細觀察原理圖，您會注意到左右輸出是差分對。在這裡，如果我們需要對多個差分信號應用大量的設計規則，則可以放置一個差分對指令。由於我們不擔心阻抗控制的布線，因此在此將其省略。我們只需要確保這些信號的長度匹配即可，這很容易在PCB布局中完成。
功率
您會在這裡注意到，我沒有在此板上放置功率調節。不過，只要可以提供TPA3138D2數據表中指定的最大18.5 W最大輸出功率，就可以在原理圖中添加功率調節器。您可以在其他原理圖中添加一個簡單的電源調節器單元，然後將其導入板中以提供5 V電源。在該板上，我將通過引腳接頭增加電源，以使事情變得簡單。
PCB布局
儘管原理圖看起來有些擁擠，但需要仔細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。在開始布局之前，我們需要遵守一些重要的EMC規則，以防止向連接到此板的揚聲器輸出低電平噪聲。
由於我們處理的不是極高的速度（慢速PWM信號的帶寬最高只能達到〜1 MHz），因此在規劃PCB布局時應遵循一些標準的PI，EMI和EMC準則。
電源：在內部層上使用連續的接地平面，並使平面遠離PC板的邊緣。對於該板，您可以使用電源板，但是我們的電流不是很高，因此沒有必要。取而代之的是，我將使用一些較粗的走線來將功率從電源接頭連接到組件，並將功率從放大器輸出路由到揚聲器連接器。
布線：保持放大器到揚聲器的輸出走線儘可能短。這些走線和揚聲器導線將是最大的輻射EMI來源。
帽：在這種類型的低速設計的，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晶片左上部分的PVCC引腳輸入上有兩個大電容器（0.1 mF / 50 V）（見圖1）。可以使用徑向電容器，以使其佔用較小的電路板空間。對於PWM信號及其瞬態引起的中頻噪聲，您還可以使用一個0.1 µF電容，該電容應儘可能靠近PVCC引線放置。
寄生：在這裡，我們主要擔心將關鍵跡線的環路電感保持在較小水平。這是使用連續接地並將揚聲器輸出放置在靠近放大器的另一個原因。
散熱片：在4或8歐姆（標準揚聲器阻抗）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有所幫助，但是TPA3138D2足夠大，可以在其上放置一個小的散熱器。
下面的圖3顯示了3D的最終布局（在PCB編輯器打開的情況下，通過在鍵盤上按「 3」來訪問此布局）。我使用的策略是將輸出連接器放在電路板的邊緣，然後向後移至電源埠。放置輸出連接器後，我放置了TPA3138D2放大器，在放大器和揚聲器輸出之間布置了走線，並在它們周圍放置了其他無源元件。最後，我將電源連接保持在板子的左下方。如果您想包括一個板載開關穩壓器，那麼這將是一個不錯的選擇，因為它離音頻輸出走線很遠。
圖3. 3D中的成品組件布置。
在圖4中，您將找到2D PCB布局。該評估板設計為兩層，包括多個多邊形，可為放大器部分供電。在此評估板上，使用多邊形澆注將最粗的走線路由至揚聲器輸出是最簡單的。底層包含一個堅固的接地層，並且在布局中放置了多個導通柵欄，以在板的左側和右側之間提供一定的隔離。您會注意到，頂層也被地面填充，為輸入音頻信號提供屏蔽。
圖4. D類放大器設計的PCB布局。
需要注意的一點是通向輸出連接器的較大的銅填充區域。這些走線對板子來說有點過大，但是該板子會承載高功率，因此可以選擇較大的走線來幫助保持較低的溫度。相反，由於我們假設輸入信號將是一個相當低的電平，因此輸入端的走線要小得多。
編輯：hfy
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