D類(lèi)功放IC外圍設(shè)計(jì)與板級(jí)Layout
1. D類(lèi)功放IC電源、地線(xiàn)
1.1電源端的設(shè)計(jì)
D類(lèi)功放IC電源端的設(shè)計(jì)通�？刹捎靡韵聝煞N方式。
圖1. 電源端設(shè)計(jì)示意圖一
圖2. 電源端設(shè)計(jì)示意圖二
適當(dāng)?shù)碾娫磁月冯娙菽転V除高頻，如上圖PVDD旁的C3和AVDD旁的C2。旁路電容應(yīng)該盡可能靠近D類(lèi)功放IC芯片引腳放置。
另外，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)，比較好的做法是，模擬電源應(yīng)從大電容端單獨(dú)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(shí)也需進(jìn)行適當(dāng)隔離。
1.2D類(lèi)功放IC電源設(shè)計(jì)
通常便攜式產(chǎn)品會(huì)用到DC-DC的方式來(lái)提供電源。有時(shí)，DC-DC部分的設(shè)計(jì)不當(dāng)，導(dǎo)致電源紋波過(guò)大，浪涌過(guò)大，會(huì)直接影響D類(lèi)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(gè)通道的輸出管腳燒壞，如表現(xiàn)為二極管特性消失）。
2．D類(lèi)功放IC音頻輸入端
2.1接入方式
單端輸入：即INL+和INR+（如果是單通道，則只有一個(gè)IN+）接至輸入前級(jí)的兩個(gè)正端（如果是單通道，則只接一個(gè)通道），INL-和INR-并聯(lián)至輸入前級(jí)的地。而INL-和INR-都接至功放的公共地。
D類(lèi)功放IC差分方式：要求輸入前級(jí)也是差分輸出，即每個(gè)通道有正負(fù)兩端，正好接入功放對(duì)應(yīng)通道的正負(fù)端。
D類(lèi)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(lèi)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(jí)的兩個(gè)正端接至INR+和INL+，輸入前級(jí)的地接至INL-和INR-，不同的是，INL-與INR-并不接至D類(lèi)功放IC的公共地。
圖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(shuō)的單端輸入方式；而若把R3斷開(kāi)，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(shuō)的“偽差分”輸入方式。一般的噪聲問(wèn)題使用“偽差分”輸入方式能有效改善，除非干擾過(guò)大而超過(guò)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）�？偠灾�，需要綜合考慮應(yīng)用情況，來(lái)確定輸入端使用的接入方式。
Note: 很多兩線(xiàn)的電源（即浮地產(chǎn)品）的地線(xiàn)對(duì)三相電大地存在壓差，有些劣質(zhì)產(chǎn)品其壓差能達(dá)到上百伏。如果用這樣的劣質(zhì)產(chǎn)品作為D類(lèi)功放IC的電源，當(dāng)音頻輸入為三相供電的接地產(chǎn)品時(shí)，其壓差是一個(gè)非常大的干擾源，此時(shí)的“偽差分”輸入方式改善噪聲已較困難。
2.2D類(lèi)功放IC接入線(xiàn)
即音頻輸入線(xiàn)，有必要時(shí)，使用屏蔽線(xiàn)、縮短線(xiàn)長(zhǎng)等都能改善噪聲問(wèn)題，而屏蔽線(xiàn)中屏蔽網(wǎng)的接法也需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況仔細(xì)考慮。
2.3D類(lèi)功放IC電阻匹配RIN+-
在信號(hào)輸入的正負(fù)端（IN+和IN-間）加一個(gè)RIN+- 電阻，可以有效降低相關(guān)噪聲，如下圖4的R1(下圖是單端輸入方式，“偽差分”輸入方式時(shí)也適用)：
圖4. 電阻匹配RIN+-
RIN+-的推薦值是1K，增大該值會(huì)略微增大音量，但也會(huì)是降低噪聲的能力減弱，減小該值則相反。
2.4D類(lèi)功放IC輸入電容CIN
關(guān)注低頻的用戶(hù)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(huì)導(dǎo)致低頻失真加劇。
2.5D類(lèi)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(mǎn)足應(yīng)用需求，然而，由于客戶(hù)使用喇叭情況的各異，有時(shí)需要不同處理。特別是有些客戶(hù)在低端應(yīng)用中使用的喇叭，對(duì)低頻音樂(lè)的響應(yīng)度不好，容易在低音音樂(lè)段出現(xiàn)音質(zhì)問(wèn)題，權(quán)衡的處理方式是把輸入的音樂(lè)信號(hào)中的低頻進(jìn)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(lè)衰減方式主要是在輸入端加入濾波器，以對(duì)低頻進(jìn)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(hù)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)；
圖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)；
圖6. 音頻輸入端電路2
2.6輸入信號(hào)
需考慮音源輸入的幅度不能過(guò)大，否則可能引起輸出信號(hào)的破音，且導(dǎo)致D類(lèi)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(fù)載。如果輸出端的輸出線(xiàn)較長(zhǎng)，或者對(duì)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(shí)需有高阻抗（Z(100MHz) 100Ω以上）、低頻時(shí)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.
圖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。
圖8. 輸出端接LC濾波器
布板時(shí)，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(xiàn)長(zhǎng)度，且布線(xiàn)應(yīng)盡量短而寬，盡量無(wú)彎角。
3.2輸出Snubber電路與肖特基二極管（壓敏電阻）的設(shè)計(jì)
如果電源電壓較大，紋波較嚴(yán)重，浪涌較大，或者輸入信號(hào)較大時(shí)，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(jī)的ESD測(cè)試等級(jí)。電路如下圖：
圖9. Snubber電路與肖特基二極管
圖10. Snubber電路與壓敏電阻
4．D類(lèi)功放IC其他外圍設(shè)計(jì)
4.1 Pop聲
D類(lèi)功放IC內(nèi)部集成有Pop噪聲抑制電路，專(zhuān)門(mén)抑制上電／掉電／待機(jī)／恢復(fù)等轉(zhuǎn)換中出現(xiàn)的Pop噪聲。
不過(guò)，即便如此，pop聲還是無(wú)法徹底消除，特別是在上電時(shí)。若系統(tǒng)中存在MCU等控制芯片，則可通過(guò)軟件方式很好的將pop聲降到0：芯片上電時(shí)，一直啟動(dòng)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(shí)，先啟動(dòng)Mute功能，再斷電。
4.2D類(lèi)功放IC散熱設(shè)計(jì)
HT設(shè)計(jì)的D類(lèi)功放IC其封裝底部一般會(huì)帶有一個(gè)散熱裸焊盤(pán)。該焊盤(pán)提供一個(gè)從管芯到PCB的導(dǎo)熱通路，從而降低了封裝熱阻，一般使用一個(gè)大焊盤(pán)并通過(guò)多個(gè)孔將散熱裸焊盤(pán)連接到地平面。裸焊盤(pán)是IC散熱的主要途徑，芯片底部的裸焊盤(pán)、PCB及其覆銅層構(gòu)成了D類(lèi)放大器的主要散熱通道。將裸焊盤(pán)焊接在一個(gè)較大的覆銅區(qū)域，應(yīng)盡可能擴(kuò)大該覆銅區(qū)域與D類(lèi)放大器及其它器件之間的覆銅面積，這些連線(xiàn)須具有相同電位。連線(xiàn)應(yīng)盡可能寬，每個(gè)通路都會(huì)影響到系統(tǒng)的整體散熱能力。與裸焊盤(pán)連接的覆銅區(qū)域應(yīng)通過(guò)多個(gè)過(guò)孔連接到PCB另一層的覆銅區(qū)。在滿(mǎn)足系統(tǒng)信號(hào)通路限制的條件下，應(yīng)盡量擴(kuò)大由過(guò)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(xiàn)，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(wèn)題，使系統(tǒng)的熱性能指標(biāo)達(dá)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(pán)，具有最低熱阻的通道位于PCB的底層。IC頂部對(duì)于器件散熱沒(méi)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(xiàng)
某些D類(lèi)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(shí)，也存在相對(duì)容易損壞的隱患。芯片正面（引腳面）為裸片外加PI保護(hù)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(wèn)題），SMT時(shí)有必要加裝緩震裝置，以避免較大程度的碰到。
常規(guī)測(cè)試
1．功率測(cè)試
圖11. 音頻功放測(cè)試示意圖
免濾波D類(lèi)功放IC的測(cè)試（我公司標(biāo)稱(chēng)的功率測(cè)試方式）采用如上方式，其中RL為負(fù)載。免濾波D類(lèi)功放IC采用的調(diào)制方案無(wú)需濾波器便能正常工作，但在做相關(guān)測(cè)試時(shí)，由于大多數(shù)分析儀、測(cè)試儀無(wú)法正確處理快速變化的方波信號(hào)，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(cè)試。濾波器可以使用專(zhuān)業(yè)的音頻濾波器，也可以使用簡(jiǎn)單的RC、LC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(cè)試功率時(shí)，輸入1KHz正弦波，幅度逐漸增大，直至THD = 10%，此時(shí)的輸出功率即為我公司標(biāo)稱(chēng)的功率。
鑒于無(wú)音頻測(cè)試儀測(cè)試其功率的個(gè)別情況，建議使用示波器粗略估測(cè)。估測(cè)方法如下：
由于功率一般是指輸入1KHz信號(hào)在THD=10%時(shí)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(fù)載（用示波器替換音頻測(cè)試儀），觀(guān)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(shí)輸出波形的周期應(yīng)為1ms，在調(diào)節(jié)輸入幅值的過(guò)程中測(cè)量其削頂寬度，使其正半周和負(fù)半周波形的削頂寬度皆為200±20 μs，記下此時(shí)電壓有效值及負(fù)載，核算其功率即可。
2．頻響測(cè)試
由于濾波器的存在，如果想得到較為真實(shí)的頻響曲線(xiàn)，需要根據(jù)不同情況做不同的測(cè)試處理。
2.1純電阻負(fù)載
如果負(fù)載用純電阻來(lái)測(cè)試，如下圖：
圖12. 負(fù)載為存電阻
此時(shí)，可將系統(tǒng)看作二階系統(tǒng)，由相關(guān)知識(shí)可知，當(dāng)L1=C1(RL/2)2時(shí)，頻響曲線(xiàn)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(shí)測(cè)，當(dāng)L1 = L2 = 22uH, C1 = C2 = 1uF, RL = 8ohm時(shí)測(cè)試基本無(wú)問(wèn)題。
2.2喇叭負(fù)載
如果用負(fù)載為喇叭來(lái)測(cè)試，由于喇叭可等效為電感和電阻的串聯(lián)，即如下圖：
圖13. 負(fù)載為喇叭或R、L串聯(lián)
此時(shí)，L1 = L2 = C1(RL/2)2 = C2(RL/2)2 , Rs = RL, Cs = Ls/(R2)
即能消除喇叭負(fù)載的感性而使頻響曲線(xiàn)平滑。
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