实战分享:TPA2035D1便携音频功放设计踩坑指南

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实战分享:TPA2035D1便携音频功放设计踩坑指南

最近做一款户外对讲机的音频放大方案,之前用的TPA2010D1每次调增益都要配两个精度电阻,BOM多俩物料不说,批量还容易因为电阻公差出现增益偏移的问题,翻TI手册翻到这款 pin-to-pin 兼容的TPA2035D1,前后调了2个月,踩了好几个新手容易碰的坑,整理出来给大家参考。

文件下载:TPA2035D1YZFR.pdf


一、为啥选这款芯片?核心参数够不够打?

作为主打便携设备的D类功放,TPA2035D1的参数基本上是把便携场景的痛点戳完了:

  1. 功率够、效率高:3.6V供电下8Ω负载能输出2.75W,满负载效率88%,400mW输出的时候也有85%以上的效率,对讲机电量用的3.7V锂电池刚好匹配,大音量下发热极小,之前用的AB类功放满功率输出壳温能到60℃,这个芯片正常用只有40℃出头。
  2. BOM极简:固定6dB(2V/V)增益,内部集成了输入和反馈电阻,外围只需要1个电源去耦电容,比同类型功放少3-4个物料,1.5x1.5mm的WCSP封装占板面积只有2mm²多,对空间紧张的便携设备太友好。
  3. 电源适配性强:2.5V~5.5V宽供电范围,PSRR做到了-75dB@217Hz,直接接电池供电就行,不用额外加专用LDO稳压,省了电源芯片的成本和占板面积。
  4. 低功耗适配待机场景:静态电流只有3mA,关断电流才0.5μA,之前用的某国产同参数功放关断电流有20μA,小容量锂电池待机1个月就能耗掉10%的电,这个芯片完全没这个问题。

还有几个我实际用下来很加分的功能:内置短路自恢复,上次测试的时候喇叭线不小心碰了地,芯片自动进保护20μs后恢复,没烧;3.2ms的启动时间几乎没有pop爆音,不用额外加开机延时电路。


二、参数上容易踩的坑,别等打板了才发现

1. 输入共模电压别瞎接

手册里写的输入共模电压范围是0.5V ~ VDD-0.8V,如果你的前端Codec输出的偏压不在这个范围,一定要加输入耦合电容。我第一次打板就没注意,前端Codec输出偏压是0.3V,低于0.5V的下限,低频直接被切没了,声音发闷,后来在IN+和IN-各加了1μF的X7R陶瓷电容就好了。

电容要选同精度的,±10%以内,不然两边阻抗不匹配会额外引入噪声。

2. 别超额定供电

虽然绝对最大额定值写的VDD最高能到7V,但实际工作建议不要超过5.5V,我试过接6V供电,连续工作1小时后芯片出现了温漂失真,虽然没烧,但长期用可靠性肯定受影响。

3. 负载阻抗别低于4Ω

这款芯片默认是适配8Ω扬声器的,接4Ω也能工作,但效率会掉5%左右,发热也会变大,如果一定要用4Ω喇叭,建议加大PCB散热面积。


三、Layout踩的都是血泪教训,照着做少打一次板

TPA2035D1用的是WCSP封装,Layout比普通SOP封装要注意的点多很多,我第一次打板虚焊率20%,改了之后良率100%:

1. 焊盘一定要做NSMD(非阻焊定义)

别做成SMD(阻焊定义)的焊盘!WCSP封装的球很小,SMD焊盘的阻焊层会挡住一部分焊锡,回流焊的时候很容易虚焊。按照手册给的参数来:

  • 铜焊盘尺寸275μm,公差0/-25μm
  • 阻焊开窗375μm,公差0/-25μm
  • 焊盘走线宽度控制在75~100μm,别太宽,不然会导致焊接的时候芯片偏移。

2. 去耦电容放得越近越好

1μF的电源去耦电容必须放在离VDD、PVDD引脚1mm以内的位置,用0402封装的就行,我一开始放远了2mm,效率直接掉了5%,满功率输出的时候发热明显变大。VDD和PVDD要直接同电源相连,GND和PGND单点接主地,不要分开走地。

3. 输入输出走线注意

  • IN+和IN-走差分等长,两条线挨在一起,间距控制在0.1mm以内,这样能最大化共模噪声抑制,我之前没走差分,对讲机RF信号串进去会有217Hz的嘟嘟声,改了之后就没了。
  • VO+和VO-的走线宽度至少要500μm,不然大电流下压降大,输出功率上不去,我一开始用200μm的线,3.6V供电下最大输出功率只有2W,改线宽之后就到了2.7W的标称值。

4. 散热别偷懒

芯片底下多打几个过孔到主地,1mm的过孔就行,2层板的话满功率输出也不用担心散热问题,实测25℃室温下满功率工作1小时,芯片表面温度只有42℃,远低于150℃的过温保护阈值。


四、输出滤波器要不要加?看线长

手册说这款是免LC滤波器的,我实测:

  • 喇叭线长度在10cm以内的话,完全不用加任何滤波器,过CE/FCC辐射测试没问题;
  • 喇叭线长度超过10cm的话,不用加LC滤波器,只要在VO+和VO-上各串一个100MHz阻抗600Ω的铁氧体磁珠就行,选直流电阻尽量小的(<0.1Ω),不会影响效率,我试过15cm的外接喇叭线,加磁珠之后辐射测试余量有3dB以上,完全够用。

最后总结

TPA2035D1是一款非常适合手机、对讲机、PDA这类便携音频设备的功放,外围简单、稳定性高,只要注意上面说的几个坑,基本上一次打板就能过。批量采购价才一块多,比同参数的国产芯片贵几毛钱,但稳定性好太多,适合对可靠性要求高的产品。 大家要是用这款芯片有啥问题,评论区聊~

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