調頻(FM)接收機在讀卡迷你音箱和便攜式播放器中已經開始廣泛應用了,它能提供極佳的音質、訊號穩定性和抗噪聲能力。近來FM接收機已開始出現在更多的行動和個人媒體播放器等市場應用中,為了電池續航力,在后級功率放大器選用上,D類功放IC與FM收音的結合是不可避免的趨勢。關于帶FM收音的插卡式(便攜)音箱,大致總結了關于此類系統的總體框架。相關模塊已盡可能多的列出,可根據具體系統實際情況刪減。

圖1 帶FM收音功能讀卡音箱結構框圖
上述模塊相關芯片型號列舉:
MCU (Mp3 Decoder): 炬力ATS2503,山景AU6850C,建榮AX2000,士蘭SC3680,凌陽
FM: RDA5807, PL102RT-S, KT0830EG
Memory: EEPROM, 24C02, 256×8 bits
Flash, W25×16, 16M bits
Power: Li Bat Charger, EUP8054, CYT4054
DC-DC升壓,ME2108, CE8301, TP8350, LP3120
采用D類功放IC的讀卡音箱PCB Layout布線注意事項:
1、D類功放IC音頻輸入方式
MCU (MP3 Decoder), FM輸出的Audio信號基本為單端信號(如果是差分信號輸入方式,可抑制大量差模噪聲),需考慮此類系統的噪聲問題。包括地線處理、整體布局的考慮對噪聲的影響以及pop聲的抑制考慮等。
(1)輸入方式。如果采用差分方式,可濾除共模噪聲,所以有較佳的噪聲抑制能力。

圖2 D類功放IC差分輸入原理圖
(2) 電源、地線處理。
數字地與模擬地的隔離,D類功放IC PGND與AGND的隔離(由于PVDD、PGND處受內部功率管頻繁開關而受干擾,有一定噪聲)都會有一定的作用;
地環路產生的噪聲,比如電源與音源同為PC機提供,PC機上較大噪聲會引入,此時采用差分輸入切斷地環路會有很大效果;
PVDD與PGND間至少需添置一個盡量靠近這兩個引腳的1uF電容;
另外,外部電源、DC-DC電源、鋰電池充電等也會容易引入噪聲,亦需謹慎處理。特別是如果采用漏電較大的電源,會引起較大的電流聲。
(3) 單獨的外部audio輸入、FM的audio輸出、MCU的audio輸出等需要可靠調節,防止混亂,而相互間的噪聲串擾也需注意。
(4)若采用軟件控制D類功放IC的Mute管腳,可徹底消除pop聲,比如,上電時使功放芯片一直啟動MUTE功能,等穩定后(200ms以后),再關閉MUTE功能即可。斷電時,先啟動MUTE功能,再掉電,即在電路可能產生POP聲的時候使電路均處于MUTE狀態,所以POP聲不會被放大。
(5) 在信號輸入端對GND加一個1KΩ 電阻可以明顯降低系統電流聲及Pop聲。連接方式見下圖:

圖3
2、影響FM收音效果的各種因素
(1)需考慮D類功放IC的EMI輻射,并采取相關措施抑制;把由功放到揚聲器的走線長度縮到更短,更粗,盡量少彎角。必要時,將其引線換成屏蔽線,屏蔽網接地,或在輸出端加鐵氧體磁珠或電感濾波器。
(2)需考慮FM收音芯片或模塊的抗干擾程度,需熟悉相關芯片性能特性并采取相關抵抗措施。
A、FM收音的天線應盡量遠離功放芯片,特別是功放芯片的輸出端;
B、天線與FM收音芯片Fin之間的RF信號走線應盡可能短,良好屏蔽;
C、外圍元器件的擺放,需盡量參考該芯片的相關建議或指導,如電源去耦電容、信號傳輸線或接口及附帶元件、磁珠、晶振、LC諧振選頻回路等等
(3)其他可能的EMI干擾源抑制,包括整體布局的考慮對此性能的影響。
A、電源也是EMI問題的來源,DC-DC、開關電源等開關頻率、紋波的影響,甚至電纜線長度、位置等都會有影響,所以旁路電容和去耦電容的放置比較重要;
B、地也是容易引入噪聲而引起EMI問題的原因之一,比如地環路,系統較復雜時,數字電路與模擬電路應分區隔開;合適地進行布線以便可以預測電流走向;數字電路如LCD刷屏、Memory的時鐘線等也可能是EMI問題的重要來源;
C、通常,如果由外接耳機地線當做天線,這時候,耳機的其他線也會成為干擾源對天線產生干擾,通常的處理時在其他線串上磁珠,其應盡量擺放在靠近耳機接口處。
D、電路板的連接器亦可能引起EMI問題,較多的連接器時,有必要為連接器提供適當濾波;
E、晶振是重要的干擾源之一,其位置的擺放,擺放處的屏蔽等措施也需要注意。
3、 Power電源問題
電源的提供有多種方式,包括
(1) USB port的直接供給;
(2)外部5V或可接受電壓值的直流電源直接供給;
(3) 上述兩種電源給Li電池充電后供電;
(4) 鋰電池或①②種方式,加升壓穩壓電路供電。
需綜合考慮實際情況、成本問題、便攜程度幾個方案的優劣與對功放的影響程度等因素綜合考量選擇哪種方式。
A、比如,不穩定或設計不良的DC-DC升壓穩壓電路可能產生較大紋波(十幾V的Vp-p,大大超過芯片的承受能力)使得功放芯片在工作時(特別是驅動未加保護措施的喇叭)容易受到強大的電源波動而使輸出端損壞。
B、電源與音源
4、散熱問題
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域,應盡可能擴大該覆銅區域與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。連線應盡可能寬,每個通路都會影響到系統的整體散熱能力。與裸焊盤連接的覆銅區域應通過多個過孔連接到PCB另一層的覆銅區。在滿足系統信號通路限制的條件下,應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的散熱問題,使系統的熱性能指標達到可以接受的水平。如果系統工作在較高的環境溫度下,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。
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