PCB設(shè)計(jì)：簡單的D類放大器設(shè)計(jì)原型

PCB設(shè)計(jì)中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類放大器的電路在原理圖中構(gòu)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(xiàng)目，請遵循以下PCB布局。

一個(gè)簡單的D類放大器設(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)過驗(yàn)證的設(shè)計(jì)中創(chuàng)建。該評(píng)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。

零件選擇

除了主TPA3138D2立體聲D類揚(yáng)聲器放大器之外，在繼續(xù)進(jìn)行PCB布局之前，無需執(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。從這里開始，我們可以將其直接放置在空白原理圖中，并開始在設(shè)備中添加其他無源器件。

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

應(yīng)該選擇其他無源器件來處理適當(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。我將開始在原理圖的左上角分配參考標(biāo)記，然后沿圖紙對角線進(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。在這里，如果我們需要對多個(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，我沒有在此板上放置功率調(diào)節(jié)。不過，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，我將通過引腳接頭增加電源，以使事情變得簡單。

PCB布局

盡管原理圖看起來有些擁擠，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，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來源。

帽：在這種類型的低速設(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）（見圖1）?？梢允褂脧较螂娙萜?，以使其占用較小的電路板空間。對于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，并在它們周圍放置了其他無源元件。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)。

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。

圖4. D類放大器設(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。這些走線對板子來說有點(diǎn)過大，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?，因此輸入端的走線要小得多。
編輯：hfy