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D類功放IC應(yīng)用說明及PCB Layout注意事項
文章來源: 更新時間:2011/7/21 21:41:00
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D類功放IC外圍設(shè)計與板級Layout

1. D類功放IC電源、地線

 

1.1電源端的設(shè)計

D類功放IC電源端的設(shè)計通常可采用以下兩種方式。

1. 電源端設(shè)計示意圖一

 2. 電源端設(shè)計示意圖二

適當?shù)碾娫磁月冯娙菽転V除高頻,如上圖PVDD旁的C3AVDD旁的C2。旁路電容應(yīng)該盡可能靠近D類功放IC芯片引腳放置。

另外,對于整個系統(tǒng),比較好的做法是,模擬電源應(yīng)從大電容端單獨提供,如圖2,而不是就近從PVDD提供,以防PVDD的紋波影響模擬電路。而不同的地在有必要時也需進行適當隔離。

 

1.2D類功放IC電源設(shè)計

通常便攜式產(chǎn)品會用到DC-DC的方式來提供電源。有時,DC-DC部分的設(shè)計不當,導致電源紋波過大,浪涌過大,會直接影響D類功放IC芯片的正常工作,甚至燒毀芯片(通常的現(xiàn)象是某個通道的輸出管腳燒壞,如表現(xiàn)為二極管特性消失)。

 

2D類功放IC音頻輸入端

 

2.1接入方式

單端輸入:即INL+INR+(如果是單通道,則只有一個IN+)接至輸入前級的兩個正端(如果是單通道,則只接一個通道),INL-INR-并聯(lián)至輸入前級的地。而INL-INR-都接至功放的公共地。

D類功放IC差分方式:要求輸入前級也是差分輸出,即每個通道有正負兩端,正好接入功放對應(yīng)通道的正負端。

D類功放IC“偽差分”方式:由于現(xiàn)階段一般的低端音頻設(shè)備都是采用單端的輸出方式,而我們的D類功放IC多采用差分輸入方式。其與上述單端輸入接法一致,即輸入前級的兩個正端接至INR+INL+,輸入前級的地接至INL-INR-,不同的是,INL-INR-并不接至D類功放IC的公共地。 

3. 單端輸入方式與“偽差分”輸入方式

 

如上圖3,若把R3短接,即為上述所說的單端輸入方式;而若把R3斷開,則為“偽差分”輸入方式。

一般而言,差分輸入方式是最佳的輸入方式,理論上能去除所有共模噪聲。而由于現(xiàn)階段一般的低端音頻設(shè)備都是采用單端的輸出方式,從而只能采用上面說的“偽差分”輸入方式。一般的噪聲問題使用“偽差分”輸入方式能有效改善,除非干擾過大而超過了差分輸入的抑制極限(由于差分輸入方式很難使差分的兩端完全一致,所以抑制共模噪聲的能力是有限制的)。總而言之,需要綜合考慮應(yīng)用情況,來確定輸入端使用的接入方式。

       Note: 很多兩線的電源(即浮地產(chǎn)品)的地線對三相電大地存在壓差,有些劣質(zhì)產(chǎn)品其壓差能達到上百伏。如果用這樣的劣質(zhì)產(chǎn)品作為D類功放IC的電源,當音頻輸入為三相供電的接地產(chǎn)品時,其壓差是一個非常大的干擾源,此時的“偽差分”輸入方式改善噪聲已較困難。

 

2.2D類功放IC接入線

即音頻輸入線,有必要時,使用屏蔽線、縮短線長等都能改善噪聲問題,而屏蔽線中屏蔽網(wǎng)的接法也需要根據(jù)實際應(yīng)用情況仔細考慮。

 

2.3D類功放IC電阻匹配RIN+-

在信號輸入的正負端(IN+IN-間)加一個RIN+- 電阻,可以有效降低相關(guān)噪聲,如下圖4R1(下圖是單端輸入方式,“偽差分”輸入方式時也適用)

 

4. 電阻匹配RIN+-

 

RIN+-的推薦值是1K,增大該值會略微增大音量,但也會是降低噪聲的能力減弱,減小該值則相反。

 

2.4D類功放IC輸入電容CIN

關(guān)注低頻的用戶可以考慮使用鉭電容或鋁電解電容作為輸入電容,陶瓷電容等高電壓系數(shù)的電容可能會導致低頻失真加劇。

 

2.5D類功放IC輸入濾波器衰減低頻

通常,使用1uF的輸入電容CIN能夠滿足應(yīng)用需求,然而,由于客戶使用喇叭情況的各異,有時需要不同處理。特別是有些客戶在低端應(yīng)用中使用的喇叭,對低頻音樂的響應(yīng)度不好,容易在低音音樂段出現(xiàn)音質(zhì)問題,權(quán)衡的處理方式是把輸入的音樂信號中的低頻進行一定的衰減,以使喇叭能夠勝任相應(yīng)的低頻響度。

我們推薦的輸入音樂衰減方式主要是在輸入端加入濾波器,以對低頻進行不同程度的衰減,主要有以下幾種方式:

減小輸入電容CIN。我們推薦的輸入電容是1uF,在衰減低頻的情況下,可以將其減小至0.1uF甚至1nF,主要視客戶具體情況;

將輸入端接法改為如下圖5(列出右聲道,左聲道同樣處理),相關(guān)值需視具體情況微調(diào);

5. 音頻輸入端電路1

 

將輸入端接法改為如下圖6(列出右聲道,左聲道同樣處理),相關(guān)值需視具體情況微調(diào);

6. 音頻輸入端電路2

 

2.6輸入信號

需考慮音源輸入的幅度不能過大,否則可能引起輸出信號的破音,且導致D類功放IC芯片損傷。

 

3.音頻輸出端

 

3.1輸出濾波器

一般而言,輸出端可直接接上負載。如果輸出端的輸出線較長,或者對EMI的要求較高,則可選擇添置鐵氧體磁珠或LC濾波器。

如果選擇鐵氧體磁珠,其高頻時需有高阻抗(Z(100MHz) 100Ω以上)、低頻時有低阻抗,額定電流也是需要考慮的參數(shù)之一(2A左右)。推薦:MPZ1608S221A,具體參數(shù)為:Z100MHz=220Ω, IMax=2.2A, RDC=0.05Ω.

7. 輸出端接鐵氧體磁珠

 

如果選擇LC濾波器,其低通截止頻率一般略大于20kHz

8. 輸出端接LC濾波器

 

布板時,磁珠(電感)、電容緊靠芯片輸出管腳放置,盡量減短輸出管腳到磁珠(電感)的布線長度,且布線應(yīng)盡量短而寬,盡量無彎角。

 

3.2輸出Snubber電路與肖特基二極管(壓敏電阻)的設(shè)計

如果電源電壓較大,紋波較嚴重,浪涌較大,或者輸入信號較大時,有必要在輸出端加入Snubber電路(RC網(wǎng)絡(luò))和肖特基二極管(或壓敏電阻),以防輸出端燒壞,亦有助于提高系統(tǒng)整機的ESD測試等級。電路如下圖:

 

9. Snubber電路與肖特基二極管

 10. Snubber電路與壓敏電阻

4D類功放IC其他外圍設(shè)計

 

4.1 Pop

D類功放IC內(nèi)部集成有Pop噪聲抑制電路,專門抑制上電/掉電/待機/恢復等轉(zhuǎn)換中出現(xiàn)的Pop噪聲。

不過,即便如此,pop聲還是無法徹底消除,特別是在上電時。若系統(tǒng)中存在MCU等控制芯片,則可通過軟件方式很好的將pop聲降到0:芯片上電時,一直啟動Mute功能,等穩(wěn)定(一般在200ms)以后,再關(guān)閉Mute功能;而在斷電時,先啟動Mute功能,再斷電。

 

4.2D類功放IC散熱設(shè)計

HT設(shè)計的D類功放IC其封裝底部一般會帶有一個散熱裸焊盤。該焊盤提供一個從管芯到PCB的導熱通路,從而降低了封裝熱阻,一般使用一個大焊盤并通過多個孔將散熱裸焊盤連接到地平面。裸焊盤是IC散熱的主要途徑,芯片底部的裸焊盤、PCB及其覆銅層構(gòu)成了D類放大器的主要散熱通道。將裸焊盤焊接在一個較大的覆銅區(qū)域,應(yīng)盡可能擴大該覆銅區(qū)域與D類放大器及其它器件之間的覆銅面積,這些連線須具有相同電位。連線應(yīng)盡可能寬,每個通路都會影響到系統(tǒng)的整體散熱能力。與裸焊盤連接的覆銅區(qū)域應(yīng)通過多個過孔連接到PCB另一層的覆銅區(qū)。在滿足系統(tǒng)信號通路限制的條件下,應(yīng)盡量擴大由過孔連接的另一層的覆銅面積。另外,盡可能加寬器件的所有引線,是改善器件散熱的另一途徑。雖然IC引腳不是主要的散熱通道,只能提供少量散熱(最多可以改善10%的散熱能力),但卻可以從根本上解決系統(tǒng)的散熱問題,使系統(tǒng)的熱性能指標達到可以接受的水平。如果系統(tǒng)工作在較高的環(huán)境溫度下,可能需要添加額外的散熱器,以改善PCB的散熱能力。為了獲得最佳性能,散熱器的熱阻必須保持在最小值。借助芯片底部的裸焊盤,具有最低熱阻的通道位于PCB的底層。IC頂部對于器件散熱沒有明顯影響,因此,不是安裝散熱器的理想位置。

 

4.3 WLCSP封裝貼片注意事項

某些D類功放IC產(chǎn)品采用WLCSP封裝,此封裝技術(shù)在縮小芯片體積的同時,也存在相對容易損壞的隱患。芯片正面(引腳面)為裸片外加PI保護膜,容易損壞;芯片背面(引腳反面)未加背膠(一般產(chǎn)品均不帶,否則容易出現(xiàn)靜電問題),SMT時有必要加裝緩震裝置,以避免較大程度的碰到。

 

常規(guī)測試

 

1.功率測試

11. 音頻功放測試示意圖

 

免濾波D類功放IC的測試(我公司標稱的功率測試方式)采用如上方式,其中RL為負載。免濾波D類功放IC采用的調(diào)制方案無需濾波器便能正常工作,但在做相關(guān)測試時,由于大多數(shù)分析儀、測試儀無法正確處理快速變化的方波信號,需要在后端接入濾波器再接入分析儀,使得分析儀能正確測試。濾波器可以使用專業(yè)的音頻濾波器,也可以使用簡單的RCLC低通濾波器。如上圖11,采用的是LC低通濾波器,由于分析儀內(nèi)阻很大,電感的阻值可忽略。

測試功率時,輸入1KHz正弦波,幅度逐漸增大,直至THD = 10%,此時的輸出功率即為我公司標稱的功率。

鑒于無音頻測試儀測試其功率的個別情況,建議使用示波器粗略估測。估測方法如下:

由于功率一般是指輸入1KHz信號在THD=10%時輸出的功率,可使用一定幅值的1KHz正弦波輸入功放,按圖11的方式接負載(用示波器替換音頻測試儀),觀察示波器波形。然后調(diào)節(jié)輸入1KHz正弦波的幅值,使輸出波形發(fā)生削頂。此時輸出波形的周期應(yīng)為1ms,在調(diào)節(jié)輸入幅值的過程中測量其削頂寬度,使其正半周和負半周波形的削頂寬度皆為200±20 μs,記下此時電壓有效值及負載,核算其功率即可。

 

2.頻響測試

由于濾波器的存在,如果想得到較為真實的頻響曲線,需要根據(jù)不同情況做不同的測試處理。

 

2.1純電阻負載

如果負載用純電阻來測試,如下圖:

12. 負載為存電阻

此時,可將系統(tǒng)看作二階系統(tǒng),由相關(guān)知識可知,當L1=C1(RL/2)2時,頻響曲線正好平滑。由于相關(guān)參數(shù)較難精確符合此式,粗略符合即可。經(jīng)實測,當L1 = L2 = 22uH, C1 = C2 = 1uF, RL = 8ohm時測試基本無問題。

 

2.2喇叭負載

如果用負載為喇叭來測試,由于喇叭可等效為電感和電阻的串聯(lián),即如下圖: 

 

13. 負載為喇叭或RL串聯(lián)

 

此時,L1 = L2 = C1(RL/2)2 = C2(RL/2)2 , Rs = RL, Cs = Ls/(R2)

即能消除喇叭負載的感性而使頻響曲線平滑。

 

我司長期致力于D類功放IC的推廣銷售,詳細的產(chǎn)品資料請查閱:http://www.wujiu5zhuce.cn/product_1012.htm

 
 
 
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