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[参考译文] LM4808:耳机放大器的 PCB 布局

Guru**** 657930 points
Other Parts Discussed in Thread: LM4808, OPA2134, LM386
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/audio-group/audio/f/audio-forum/1233198/lm4808-pcb-layout-for-headphone-amp

器件型号:LM4808
主题中讨论的其他器件: OPA2134LM386

您好!

我正在用音调控制电路设计耳机放大器、其中 LM4808作为放大器、而 OPA2134构成音调控制部分。 根据 LM4808中的布局示例、电路的接地端 分别连接、然后在电源 GND 引脚处连接在一起。 对音调控制电路是否必须执行相同的操作?

如果改为用接地平面将所有 GND 连接在一起、会有相同的效果吗?

谢谢

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    尊敬的 Azrul:

    从我的经验来看、 在低功耗应用(例如耳机放大器)方面、接地平面和星形接地配置(如您提到的数据表中所示)之间并没有明显的差异。

    如果选择采用星型接地配置、则会希望放大器和音频控制电路的所有接地端在电源 GND 引脚处相遇。 只需确保电路板上的每个接地点只有一条到电源 GND 的路径。

    如果您还有关于芯片或整个电路的任何问题、请告诉我。 如果您希望将您的布局设计分享给该主题、我也很乐意查看。

    谢谢。

    简福寿

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    尊敬的 Kian:

    感谢您的回复。 是否有关于使用的接地类型的指南? YouTube 上有一段视频、介绍了 LM386上的环境设置(它们是菊链式连接的、而不是将输入和输出 GND 分离)如何影响放大器的音质。  根据您在此处的响应、功率输出似乎只是一个因素、因为 LM386可以驱动8 Ω 扬声器、而 LM4808无法驱动。

    我还没有开始布局。 如果我们能在我完成布局设计的过程中打开该主题大约一周、我将不胜感激。

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    尊敬的 Azrul:

    这是您观看的视频吗?  https://www.youtube.com/watch?v=lBGE5lwbruE

    我看到了他所做的、这仍然是一种星形接地配置、只是稍微简化一下。 他将其输入(放大前的信号)接地连接在某个公共点、将其输出(放大信号)接地连接在另一个点。 然后这两个接地节点在运算放大器的负电源引脚处相遇。 这样、输出电流绝不会像输入电流那样在同一接地布线上流动。

    PCB 上的工程图可能看起来像这样、请记住、这是一个非常粗的工程图。

    我假设您的音频控制电路是前置放大器电路、那么这些接地端可能有自己的节点、也可能与输入接地端位于同一个点。 您还可以实现您提到过的菊花链连接。

    如您所说、LM386和 LM4808支持的负载不同、LM386能够驱动低至4欧姆、而 LM4808仅 支持至少16欧姆的负载。 这意味着 LM386电路将有更多电流可能流过接地迹线、这会增大产生接地噪声的可能性。

    为安全起见、请对您的电路尝试星形接地方法、但如果该方案对于 PCB 尺寸而言具有挑战性或不切实际、我仍然认为接地平面性能良好。 我当然会保持该主题为您开放。

    如果您有任何其他问题、请告诉我。

    此致、

    简福寿

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    尊敬的 Kian:

    只是一个更新:我正在起草一个电路,应该尽快完成。 我完成后、非常感谢您快速浏览一下、看看设计是否合理。 我将在这之后开始布局、

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    尊敬的 Azrul:

    谢谢更新,不用担心。 期待您的设计。

    谢谢。

    简福寿

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    e2e.ti.com/.../LM4808_5F00_headphone_5F00_amp.pdf

    尊敬的 Kian:

    这是设计。 感谢您对此的评论!

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    我认为电源电路中存在错误。 您可以先忽略这些内容、然后先看一下音频部分吗?

    谢谢

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    尊敬的 Azrul:

    此电路看起来正常、我唯一担心的是当电位计达到最大值时音频控制电路具有很大的增益、或许可以尝试增大电位计两侧的电阻? 我指的是 R5、R9、R10、R11等。

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    尊敬的 Kian:

    谢谢您的建议。 我已经更新了原理图并修复了电源部分。 我已经更改了功率放大器上输入电容器的位置、使其位于音量电位计之前、以移除直流电、但我已经添加了一些0RS、以防布局无法伸出。 您认为输入电容器的位置会有什么不同吗?

    您能否详细说明一下音调控制侧、特别是如何计算增益? 到目前为止、我找不到有关如何计算增益的任何参考。 电路基于此处: http://sound-au.com/articles/eq.htm (图5)、我只是对其进行了修改、以便运算放大器使用单电源工作。

    最后、我需要将所有安装孔接地、还是只需要一个就足够了?

    非常感谢您的反馈。 我真的很感激!

    e2e.ti.com/.../6281.LM4808_5F00_headphone_5F00_amp.pdf

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    尊敬的 Azrul:

    感谢链接这篇文章,它真的很有趣。 我可能会在设计中使用其中的一些电路。

    我使用 Falstad 对音调控制电路进行建模,滑块模拟低音和高音侧的线性电位器。 在 Falstad 中打开此文本文件以查看它。 您可以在菜单中双击交流电压源以更改其频率。

    e2e.ti.com/.../baxandall_5F00_tone_5F00_circuit.txt

    在您链接的文章中、提到了任一频带的标准升压和截止范围都约为+/- 15dB、从电压的角度来看是相当极端的(5.62电压增益)。 我担心的是、极端的调整会使耳机放大器的输入端发生削波。  

    我还更改了音调电位器周围的电阻值、使得每个控制的增益约为+/- 6dB。 这肯定是可以听到的、但不足以夹住放大器。

    而且、在音调控制输出端使用10k 音量电位器和390nF 电容器时、您的低频性能可能会受到影响。 在连接的电路模型中、我将音量电位器更改为100k 线性、将电容器更改为1uF、现在频率降至40Hz 左右具有单位增益。 你显然想保持对数锥形,我只是不能在 Falstad 中轻松地建模。

    至于安装孔、您可以在每个安装孔上放置一个垫、使其通过螺钉连接到机箱、但只能从最近的安装孔创建到 PSU 接地的布线。 这将通过机箱将安装孔上的金属接地(因此它们不会用作天线)、但会避免接地回路、因为任何电流只会通过一个安装孔流向地面。

    如果您有任何其他问题、请告诉我。 到目前为止、这是一个非常有趣的设计、非常出色。

    谢谢。

    简福寿

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    尊敬的 Kian:

    谢谢您的支持。 我以前制造过一些音频放大器、但从未在 PCB 上制造过、因此这是我第一次尝试未知放大器、可以这么说。

    我试过法尔斯塔德,但我不能做任何意义,所以我会在后面研究。 在任何情况下、一旦完成布局、我将在布局阶段放置一些焊盘、以便可以尝试不同的电阻器组合。  

    音频控制电路中有一个错误,在低音侧缺少一个220nF 的电容器,我注意到它,因为你的 Falstad 模型有它。 对于10千位音量的电位器、我很难买到一个100千位立体声电位器、因此我选择了10千位电位器、因为这里的大多数电子供应商(element14、慕斯等)都有它、再加上100千位电位器也很贵。 实际上、输入电容器值不是390nF、而是330nF、正如我认为的、当电位计处于最小值和最大值时、这是270nF 和390nF 之间的折衷方案(计算方法在原理图中详细说明)。

    是否有过使用 USB-C 作为电源的想法? 我的问题是 USB 噪声耦合到音频线路中;我看到一些文章提到了使用铁氧体磁珠对电源线路进行滤波。

    最后、对电容器有什么建议? 数据表提到、电容器类型将影响声音质量;我以前以为 nF 范围内的电容器使用陶瓷、电容器或电解电容器用于 uF。

    再次感谢您提供的所有这些内容、您为我们提供了很大的帮助

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    尊敬的 Azrul:

    对不起,Falstad 不能为你工作。 这是它应该是什么样子的屏幕截图。

    如果您双击交流电源、您应该会看到此菜单、您可以在其中设置电压和频率。

    右侧的滑块(高音、低音、音量)模拟电位计。 该图以绿色显示电压、以黄色显示电流。

    我在慕斯上发现了许多两个 GANG 100K LOG POTS、例如:

    PDB182-K230K-104A Bourns | Mouser

    或许它们在您的国家/地区不可用、这是不幸的。

    使用10k 电位器和330nF 电容器时、在60Hz 条件下无法获得单位响应、直到几乎完全消除低音旋钮为止。 如果您不必担心低于80 Hz 的低音响应、则没有问题。 我想和大家分享一个设计注意事项。

    假设您根据电位计位置计算电容值、您正在进行什么计算?

    铁氧体磁珠通常非常适合滤除低功率应用中的高频噪声、因此您肯定可以在该设计中包含一个。

    对于电容器、薄膜电容器用于音频信号、电解电容器用于电源/大容量应用、效果非常好。 钽电容器与薄膜电容器和电解电容器相比非常昂贵、我认为薄膜电容器会提供比陶瓷电容器更好的性能。

    我们期待收到您的回复、

    简福寿

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    尊敬的 Kian:

    由于某种原因,法尔斯塔德的范围部分没有出现像你有,我的信号被打包在一起,我无法把它们分开。 我稍后会查看它们、看看我是否可以让它们像您一样工作。

    我在马来西亚、从 Radiospares 和 Element14的搜索来看、选择非常有限。 DigiKey 有一些,但交货费用非常高。 有很多选择从当地网上商店,但我不知道这些锅是多么好,他们没有任何文件。

    我使用 LM4808中的指南来确定输入电容值、并 在 POT 最小时替换为 R = 0r、在最大时替换为10KOhm

    谢谢

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    尊敬的 Azrul:

    我是从 Tayda 那里找到的这种锅,他们的基地是泰国。 我以前从他们订购过、对我自己的音频项目的结果没有失望。 阿尔法制造这一个,他们制造高质量的产品。

    https://www.taydaelectronics.com/100k-ohm-anti-log-taper-potentiometer-round-shaft-pcb-mount-15r1.html

    问题是、音量电位器使计算截止频率变得困难得多。  与电容 C17和 C6一起、您将创建一个非常复杂的二阶滤波器、其中截止频率随 POT 的变化很大。 我的第一个建议是在锅后取下盖子。 我的第二条建议是使用100k 电位计、因为进一步增大电容 而不是电阻会引入更多的启动爆裂声。

    我计算了电路的传递函数、并绘制了幅值响应并标注了-3dB 的截止频率。 这是您的电流电路的响应。

    100k 电位计而不是10k 电位计、这是新的传递函数。

    当电位计处于满容量时、移除 C6并将 C17更改为470nF 会产生以下响应。

    采用这种配置时、低频性能可在半音量内保持不变。

    即使在10%的音量下、截止频率仍然不错。

    请告诉我您对这些变化的看法。 如果您离开10k 电位计、则需要显著增加 C17以获得低端性能、但这在增加启动弹出电阻方面会产生成本。 我仍然建议移除 C6、因为它似乎没有必要。

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    尊敬的 Kian:

    感谢您的建议、我会将它们融入到我的布局中。

    需要注意的一点是、虽然我不打算将两个输入电容器安装在一起、它是其中之一、但不能同时安装。 在您给出的示例中、C17和 C6在原理图中将 C6标记为 DNM -"不安装"。 我提前放置了焊盘、以便我可以轻松地交换设置。

    音频控制电位计是线性的、正确吗? 只有卷 POT 是日志类型? 另外、您使用什么软件来完成上述曲线?

    我想我已经非常接近于原理图部分的结束。 我只需要在开始布局之前最终确定元件封装。

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    哦、好了、现在这很有意义。 感谢您的澄清。 在这种情况下、这些简单的修改可能是值得的。

    调音盆应该是线性的,最重要的事情将是音量是对数。 我相信任何一种电位器都适用于音调控制。 在上面的曲线中、我使用 MATLAB 计算和绘制传递函数

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    尊敬的 Kian:

    我已经完成了布局的第一稿。 对不起、花了一段时间、出现了一些需要我注意的其他问题。

    我不确定您需要哪种类型的文件来检查布局、目前我已上传光绘文件。 我使用的是 Kicad 7.

    信号和电源使用的布线宽度约为10密耳。 顶部和底部的 GND 平面 layers.e2e.ti.com/.../LM4808_5F00_hp_5F00_amp_5F00_gerber.zip

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    尊敬的 Azrul:

    很高兴您草拟了布局。 这对我来说很好,我没有注意到任何明显的问题。  

    如果您有任何其他问题、请告诉我。

    谢谢。

    简福寿