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10-20W中功率D类音频功放IC应用设计时怎样降低底噪声?
文章来源:永阜康科技 梁雄 更新时间:2020/4/28 10:20:00
     内置升压以及纯D类中功率音频功放底噪声相对锂电直供小功率音频功放突出明显。其原因是升压部分电路电流大,大电流的开关信号在电感上产生噪声。通过地线或者辐射影响音频功放的信噪比。纯D类中功率音频功放由于输出功率大,放大倍数相应调大才能满足灵敏度的要求,放大倍数增大直接影响音频功放的输出底噪声。如何降低这两类音频功放的输出底噪声,深圳市永阜康科技有限公司针对客户在应用中的问题,总结以下方法可供参考:

1. 分地

    电路板上所有的器件以及单元电路都是以地线作为参考电位。原理上地线作为零电位,器件之间不会产生由于地线的耦合干扰。但实际是不可能的,所有引线都具有阻抗,只要地线有电流流过,就会产生相应的压降。电路走线还会形成电感,这意味着电流从电源正极流向负载,然后返回电源负极,在整个电流通道上存在一定的电感。工作在较高频率时,电感将增大地线阻抗,比如DC-DC升压电路中电源-电感-MOS管-地通路。如果不分地,特别整个地平面不完整,音频功放信号又是单端输入的情况下,数字电路以及升压电路的开关噪声就会通过地线耦合到音频功放的输入端或者电源端,最终喇叭输出明显的底噪声。所以分地是一个处理底噪声的好办法。以内置升压音频功放CS8330用于蓝牙音箱为例,可将整个PCB板地线分成三部分:DGND, PGND, AGND。DGND是主控数字电路部分,包括蓝牙射频部分地线可跟数字地接一起。PGND主要是音频功放DC-DC升压部分以及功率放大部分,包括外围的滤波电容。充电部分可在功放的前端接一起,也可单独一部分。AGND包括蓝牙主控芯片ADC, DAC,MIC部分模拟地以及音频功放内部输入端预放部分模拟地。最终DGND,PGND,AGND三大块在电池或者电源输入端汇总一点接地。如下图所示:

 

 

2. 布局走线

    分地之后,可以保证地电流是相互隔离不影响。影响底噪声大小其他因素还有器件的布局以及信号走线。

(1).  音频功放芯片尽量靠近主控解码芯片,音频信号走线尽量短。

    音频信号走线等于一根天线馈线,走线越长感应到的噪声越大,越容易受到噪声的干扰。

进入音频功放放大后喇叭底噪声相对明显。

(2).  音频信号走线尽量远离数字电路。

    音频信号走线如果靠近数字电路,比如蓝牙主控的数码管走线,ADKEY复用LED状态指示灯走线,晶振等。无疑是增加了噪音耦合的几率。所以layout 时要注意避开,甚至包地隔离效果更好。

 

(3).  音频信号输入采样电阻尽量靠近功放芯片管脚放置。

    音频功放芯片内部输入端等效于一个运放输入端。外接输入电阻决定芯片的增益。一般外接输入电阻都有几十kΩ, 蓝牙主控芯片DAC输出信号经过输入电阻后衰减比较小。那么输入电阻后到芯片管脚端的走线容易受到噪声干扰,放大后输出到喇叭底噪声变大。所以,外接输

入电阻尽量靠近芯片管脚放置,尽量缩短到芯片管脚走线。

  

 

(4).  功放电源走线,地线尽量加粗。

    音频功放是音箱整机耗电最大的部分,尤其内置升压的音频功放需要相当大的电流。如果使用长而细的电源走线,会增大电源纹波。与短而宽的走线相比,又长又细的走线阻抗较大,走线阻抗产生的电流变化会转变成电压变化,馈送到芯片内部,也会产生底噪声。为了优化性能,音频功放电源走线,地线应尽量短,尽量粗。      

(5).  滤波电容靠近管脚,靠近芯片地管脚放置,最大化电容滤波作用。

    几乎所有器件都需要一个以上的滤波电容,以提供电源不能提供的瞬态电流。这些电容需尽可能靠近电源引脚放置,以减少电容和器件引脚之间的寄生电感,电感会降低滤波电容的作用。另外,电容必需具有较低的接地阻抗,从而降低电容的高频阻抗。电容的接地引脚尽量通过芯片同一走线层最短与芯片地管脚连接,确实经过通孔才能与反面地线连接的必须在电容接地焊盘附近放置过孔。

 

(6).  CS8676电源滤波电容摆放示意图。

(7).  采用差分输入可以明显提高信噪比。

    差分输入具有较高的噪声抑制,使得差分接收器能够抑制正、负信号线上的共模噪声。为充分利用差分放大器的优势,布线时保持相同的差分信号线对的长度非常重要,使其具有相同的阻抗,二者尽可能相互靠近使其耦合噪声相同。放大器的差分输入对抑制来自系统数字电路的噪声非常有效。

 
 
 
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