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1、2013 届本科生毕业论文学号：090302010139 成绩： 数字功率放大器的设计 院部： 电子与信息学院 专业： 电子信息工程 姓名：何洲 指导教师： 二一三年五月 毕业论文诚信声明 本人郑重声明： 所呈交的毕业论文 数字功率放大器的设计是本人在指导老师 的指导下，独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何种方 式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人独自承担。 毕业论文作者签名： 年月日 摘要 摘要: 在放大器范围中 , 经常需要使用各种不同频率的放大。放大技术的发展推动 了人类社会和国民经济中各个领域的变化，带动着旧工业和其他新兴技术的创新和
2、革 命，成为了当今人类社会发展的强大动力。 本设计为高精度数字控制放大器设计，采用高精度数字控制来操作，完成了放大 器的高精度和显示。以89C51单片机为首要部位，芯片TPA3004D2 的放大，红外实时 测量。 本文从放大思路入手，详细描绘了放大系统的工作原理及硬件电路的设计、显示 效果。此文汲取了硬件软件化的观念，实现了题目要求的功能。 关键词 ：放大，单片机，软件化，TPA3004D2 ，89C5 1 Abstract Abstract: amplifier, often need to use a variety of different frequency amplification
3、. Amplification technology to promote the development of human society and the national economy, changes in the field, led the old industrial and other emerging technology innovation and revolutionary, has become a powerful driving force for the development of human society today . . The design for
4、the high-precision digital control amplifier design, using high-precision digital control to operate, high-precision amplifier and display. The primary site 89C51 microcontroller chip TPA3004D2 amplification, real-time infrared measurements. Start from the amplification of ideas, described in detail
5、 the working principle and hardware design of the amplification system, results showed. This article draws on the concept of hardware and software to achieve the required functions of the subject. Keywords: amplification, single-chip, software, TPA3004D2, 89C51 目录 第一章 前言 1 1.1 课题研究背景目的与意义 1 1.2 功放的分
6、类 1 1.3 功放的工作原理及特点概述 2 第二章 电路系统方案设计 3 2.1 设计构思 3 2.2 电路总体框图 3 第三章 系统模块 4 3.1 单片机模块介绍 4 3.1.1 模块原理图（见附录1）. 4 3.1.2 红外一体接收头的功能特性及电路连接 . 4 3.1.3 红外遥控接收器的测试 6 3.1.4 单片机 80C51的电路连接及功能特性 . 7 3.1.5 D/A转换器 MAX541 的功能特性 10 3.2 D 类功放模块介绍 . 11 3.2.1 D/A转换器 MAX541 的功能特性及电路连接 11 3.2.2 D类功放芯片 TPA3004D2 的功能特性及电路连接
7、 12 第四章 电路设计制作及调试 15 4.1 Altium Designer 6.9简介 15 4.2 实际制作电路的步骤 . 15 4.3 印制电路板设计原则和抗干扰措施 15 4.4 调制 17 4.5 程序流程图 18 第五章 分析及结论 20 5.1 测试仪器 20 5.2 测试方法 20 致谢 21 参考文献 22 附录一 23 附录二 24 1 第一章前言 1.1 课题研究背景目的与意义 随着现代电子产品技术的不断成熟，集成电路被频繁使用于各类电子电路中。并 且近十几年来半导体技术也在不断的完善，也使得功率放大电路有着了飞速的发展和 应用。音频功放电路，其原理是最传统的，最流行
8、于应用上的功放电路。大多数音响 系统放大器是模拟品种，流行的模拟放大器，放大器的工作状态可分为：AB 类 A 类 和 A，B，等等。A 类，AB 类放大器是最常见的声音系统。传统的音频放大器有一 个共同的缺点是低效率 ,理论中 A 类音频放大器 25的功效，实际效率约15%-20， B 类音频放大器的最大理论效率为78.5，AB 类音频放大器理论效率为75，50 至 70之间的实际效率。所以，当其额定输出功率为大于输出功率，效率会降低， 玩动感的音乐，语言，平均效率只有约30%。音频功率放大器的功效低就等于工作时 有大部分的电能转化成热能，也可以说这类音频功率放大器需要非常大的散热器。在 半导
9、体设计中会有轻薄短小的设计，不仅半导体组件本身的封装要小，模块的尺寸也 是决定系统客户是否喜欢的必要条件。世界音视频范围的数字化浪潮和人们对节能低 碳环保视音频设备的渴望，促成人们尽快研究开发高效、节能、方便和数字化设备接 口的音频功率放大器。就是在这种背景下崛起的D类数字音频放大器。 D类数字音频 功率放大器是把输入模拟音频信号或PCM(Pulse Code Modulation脉冲编码调制）数 字信息转换成PWM( 脉冲宽度调制 ) 或 PDM( 脉冲密度调制 ) 的脉冲信号，接着用PDM 或 PWD的脉冲信号去控制大功率开关器件开关放大器。工作由于开关处于关断状态，所 以它有着高效率，低
10、功耗的好处。 单片机具有功耗低、体积小、功效强、性价比高、便于推广等显著优点。在各种 基于单片机的应用系统中，需要实现遥控功能的方法中红外遥控则是被使用较多的一 种方式。它是通过由红外管发送遥控编码来实现对设备的控制,不同设备发送的红外 遥控编码都是不一样的。正是红外无线克服了有线连接的众多不便，所以受到了家电 设备厂商、通信设备及电脑外围设备商的高度重视。 如果将这三类技术结合起来，那么得到的产品将是非常高端的。本次设计所采用 的技术便是全遥控数字音量控制的D 类功率放大器。 1.2 功放的分类 按功放中功放管的导电方式的不同，通常的功率放大器有A类、B类和 AB类及工 2 作在开关状态下的
11、D类功放。 1.3 功放的工作原理及特点概述 A类功放有电流持续通过功放器件，工作于整个输入信号周期内。其晶体管工作 于放大区且在输入信号的整个周期内晶体管永远工作于线性放大区域。由于晶体管的 饱和在压降及穿透中电流所造成的损失，A类功放最高效率仅为45% 左右，所以其缺点 为效率低，输出信号的动态范围小。 AB类功放是目前最为流行的功放，其兼顾了效率和失真两方面指标，设计时设置 晶体管的静态偏置电路工作于AB类状态。 B类功放其晶体管只在输入信号的正半周且工作在放大区，截止于输入信号的负 半周，其线性失真比A类功放大且会产生交越失真。但其优点是理想情况下效率为 78.5%，比 A类提高很多。
12、 D类功放又称开关型功放或数字功率放大器。其效率理论可达%100 ，实际为 90% 。 此电路不需严格的对称和复杂的直流偏置及负反馈，使稳定性大大提高。 D 类功放的失真比较起其他几类功放来说，其失真较大，这也是D 类功放一直以来都 未投入市场的主要原因之一。但由于近年来对该类功放的保真度的大力研究，使得D类 功放成为最近几年内的热门研究重点。 3 第二章电路系统方案设计 2.1 设计构思 TPA3004D2 是 D类立体声音频功率放大芯片， 它具有每通道 12W的功率输出， 本设计将实现 40 dB 到 36 dB增益范围，所 使用的是由直流电压 调节的立体声 音量。设计红外线遥控的数字音量
13、控制立体声音频功率放大器是由Ti 公司全 D 类音频功放芯片 TPA3004D2 和 MCS51 系列微处理器所设计的。 在设计前必须对所用到器件的功能特性有一个全方位的了解才能很好的设计 一个电路。下面会对模块中用到了8051单片机、EEPROM24C04、红外一体接收头、 D/A转换器 MAX541 及 D类功放芯片 TPA3004D2 的功能特性、 工作原理及电路连接 进行说明及对两大模块的介绍。 2.2 电路总体框图 电路总体框图如下图 红外遥控接收 (接收遥控器编码 ) (参数存储 ) (用可调电压控制功放音量) 图 2-2 电路设计总体框图 8051单片机 D 类 功 放 芯 片
14、（TPA3004D2 ） 输出为可变电压的 DAC （MAX541 ） EEPROM24C02 4 第三章系统模块 3.1 单片机模块介绍 单片机是设计以实现控制功能的微型计算机，是一个计算机的进一步小型化。它 的应用首先是所有的控制功能，即是电脑控制。嵌入到对象的环境作为一个智能控制 单元以实现手段。因为被控各种各样的对象很多，所用应用十分广泛，如办公自动化 领域，工业控制领域，家电商业流通领域，汽车电子，航空电子等领域。它的应用从 根本上突破了传统的控制系统的设计思路和方式，用一个新的概念来取代并由微控制 技术来实现。单片机应用技术推广普及使得微控制技术将持续发展与改善。 这部分的电路实现
15、的功能集成红外接收器接收来自5 米远的遥控器的远程控制代 码，然后传送到单片机的中断输入口。 3.1.1 模块原理图（见附录1） 3.1.2 红外一体接收头的功能特性及电路连接 一、红外遥控的概念及特点 被控对象沿着所预定的方向或轨道对其工作状态、内部参数等发生的远距离操控 此乃遥控。 在现今社会，遥控技术也在家用电器中很常见，比如电视机、冰箱、空调、电灯 遥控等。这些技术给人们带来了极大的方便，更重要的是能提高家庭品味及档次。 红外遥控种类繁多，单以遥控信息传送方式可以分为有线和无线两种遥控方式。 以红外线作为载体来向其它物体进行遥控此乃红外遥控，其的波长介于红光和微 波之间， 0.77 3
16、UM 为近红外区， 330UM 为中红外区， 301000UM 为远红外区。如 果拿红外线与之前两种遥控相比较的话，它具有以下优点： (1) 主要是用来取代点对点的线缆连接； (2) 通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发； (3) 小角度，短距离，点对点直线数据传输，保密性强； (4) 新的通讯标准兼容早期的通讯标准； (5) 传输速率较高，目前 4M速率的 FIR 技术已被广泛使用， 16M速率的 VFIR技术 已经发布； (6) 不干扰其它设计，不影响周边环境。 二、红外一体接收头的功能特性 5 使用 Vishay 公司生产的专用红外接收模块TSOP1738 TSOP
17、4838 来作为红外接收电 路。接收模块是一个三端器件，使用单电源供电的+5 V电源，输入灵敏度高，抗干扰 能力强，具有功耗低，对其它波长（950nm以外）的红外光不敏感的特点，引脚功能 如下： VCC 接系统的电源正极（ +5V） ； GND 接系统的地线（ 0V） ； OUT 脉冲信号输出 一般接 CPU 的中断输入引脚（例如8051 的 13 脚 INT1） 。采取这种连接方法，软 件解码既可以工作于中断方式，也可以工作于查询方式。 要求发送端载波信号的频率应尽可能接近38kHz，才为保证红外接收模TSOP4838 接收的准确性，要选用精密元件并保证电源电压稳定来设计脉冲振荡器。要求传送
18、的 波特率不能超过 2400bps 必须发送的数位“ 0”至少要对应 14 个载波脉冲，上述红外 收发电路构成的红外信道最大通信距离为8m 。 TSOP4838 的工作原理：通过红外感光构件，接收到38kHz的脉冲调制的红外光信 号转换成的电信号进行放大处理，由前置放大器和自动增益控制电路的载波频率。通 过一个带通滤波器滤波，滤波后的信号由解调电路解调。最后，输出级电路的反向放 大器的输出。 （1）当电压低于 3.3V 时输出电压不能连续地支持外围电路。 （2）红外接收头在电路中有效地抑制了电源干扰。 图 3-2 红外接收电路的典型应用 （3）红外接收部分的电路连接 6 红外接收器的输出引脚输
19、出到晶体管9018 B极，是接收到的信号进行放大，然 后被放大的信号输入到微控制器的中断引脚INT1。该电阻器 R-RED 的保护作用上的红 外线接收器，在最右边的两个电容作为一个过滤器。 图 3-3 红外接收部分的电路连接 3.1.3 红外遥控接收器的测试 对于红外遥控接收器的测试，以往经常采用模拟试验，就是将红外接收器装在某一 选定遥控接收系统，然后用这系统所配套的发射器，作为信号源进行实际模拟测试。这 种方法局限性较大，若发射器功率较强，或者微处理器(CPU)对输入信号允许误差较大 时，则对接收器灵敏度的要求就宽一些，反之则严。这种方法是非标准的。电子工业部 已在 电视广播接收机用红外遥
20、控接收放大器技术要求和测量方法(报批稿 ) 的部标中， 对红外遥控接收器的测试提出标准方法，确定采用满足特定技术指标的专用红外发射器 作为标准红外发射器信号源，具体要求如下: (1) 红外发射二极管波长 =940nm 峰值半功率带宽 =60nm (2) 红外发射峰值功率 W=40 W(50 厘米处 ) (3) 输出脉冲宽度 to=600s，周期To=1200s 用此脉冲信号源对在不同状态和位置条件下的红外遥控接收器进行测量，用示波器 测量红外遥控器信号输出，便可测出输出电平和脉宽，此方法与国际上采用的方法基本 相同。 对遥控信号的接收实际上是把红外光信号转换成TTL信号的过程，现在有集成度比
21、较高的一体化接收头来处理。对信号的解码方式则可以结合不同的MCU 硬件资源写出不 同的解码程序来。这里使用8051单片机，具体是用外部中断脚INT0来接收信号，用计数 7 器Time0测两次外部中断产生的时间间隔来区别每个位(bit)是“1”或“0”，再把数据 流还原成各种命令，来控制其他的I/O 做不同的工作。红外遥控系统由发射和接收两大 部分组成，应用编 / 解码集成电路芯片来进行控制操作。发射部分即遥控器(包括键盘矩 阵、编码调制、红外发送二极管); 接收为红外接收头 ( 包括光 / 电转换、放大、解调 ) ， 解码MCU( 这里用的是 8051单片机 )。 图3-4 接收模块系统简图
22、3.1.4 单片机 80C51的电路连接及功能特性 近年来，单芯片发展的步伐很快，从所提供的信息的数据时，单片机产量占整个 计算机（包括微处理器）生产的80以上， 1987 年高达 90。像 Z180一度占据了 8 位微处理器生产的1/3 左右， 1985年产量下降至 18 万，而 8 位微控制器， 1985年上 升至 210 万，随着社会的进步和科学技术的发展，单片机及其应用的各个领域的发展 开始 初始化 接收到信号？ 调用计时子程序 记录接受到的脉冲数 记录脉冲数属于哪个通道 实现通道功能 结束 否 是 8 和需求将进一步扩大。 MCS-51 系列单片机的一种型号将在本论文中用到，为805
23、1单片机，美国 Intel 公司在 1980 年推出的 MCS-51系列单片机中是一种高性能8 位单片微型计算机。其有 两个子系列，即 51 子系列和 52 子系列。在 5l 子系列中，主要有803l 、8051、8751 三种同档次机型， 它们的指令系统与芯片引脚完全兼容，仅片内程序存储器 (ROM) 大小 有所不同。 52子系列是 51 系列的增强型，主要有8032、8052两种机型。与 51 子系 列不同在于，片内数据存储器增至256 个字节：片内程序存储器增至8KB （8032无片 内程序存储器）；有 3 个 16 位定时器计数器； 有 6 个中断源。其它性能均与 51 子系 列相同。
24、它们可通过接口电路与外围设备相连构成可以完成各种控制功能的单片机系 统。 下面将会介绍此系列单片机的功能特性以及用到的8051 单片机在设计中的电路连 接。 （1） MCS-51系列单片机的基本结构框图如下： 图 3-5 MCS-51 系列单片机结构框图 （2）51 系列系统主要功能特性： 2 个 16 位定时器材数器，可用于根据确定的时间间隔或对外部事件计数的多 少发出控制信号；中断系统有5 个中断源，可编程为两个优先级； 111条指令，含乘法和除法指令； 9 21B 专用寄存器，主要用来实现对内部功能部件的控制和数据运算；扩展片 外数据存储器的寻址范围可达到64KB ；扩展片外程序存储器寻
25、址范围可达64KB ； 片内带振荡器，振荡频率的范围为1.2 12MHz ，可有输出； 1 个全双工 UART( 通用异步接收发送器 ) 串行 I/O 接口，可用于单片机之间或 单片机与微机之间的串行通信； 1 个由运算器和控制器组成的8 位微处理器 (CPU)； 128KB的片内数据存储器 (RAM) ，用来存放运算的中间结果和最终结果；4KB 的片内程序存储器 (ROM) ，可用来存放程序、一些原始数据和表格； 有很强的位寻址、位处理能力；片内采用单总线结构； 4 个 8 位并行 I/O 接口 P0、P1、P2、P3，既可用作输入，也可用作输出； 用单+5v电源。 （3）MCS-51单片机
26、内部结构： 微处理器（ CPU ） 简称 CPU ，由控制器和运算器组成，是单片机的指挥和控制中心。 ?运算器 以算术逻辑运算单元ALU为核心，含累加器 A、暂存器 1、暂存器 2、程序状态字 PSW 、 寄存器等许多部件。 ? 控制器 控制器包括程序计数器PC 、指令寄存器 IR、指令译码器 ID、振荡器、定时电路 及控制电路等部件，能根据不同的指令产生相应的操作时序和控制信号。 存储器配置概述 MCS-51 单片机，片内有 CPU ，内存。其特征在于，片材内的只读存储器（ROM ）作 为程序存储器使用时方案的各种程序，常量等预先存储在计算机上工作，读 - 写存储 器（RAM ）芯片，也被称
27、为随机存取存储器所述存储单元中的内容可以被读出，根据需 要在任何时间，也可以被写入作为数据存储器，用于存储输入和输出数据和中间计算 结果。或外部存储器， 以及堆栈的信息交换， 断点可以存储必要时保存现场。 MCS-51 系列单片机是不是足够所含的内存容量（以字节为单位），另一个扩展芯片的外部程序 存储器或片外存储器。 （4）MCS-51 单片机 I/O 口概述 MCS-51单片机有 4 个 8 位并行输入 / 输出端口，分别简称为P0，P1，P2和 P3端 10 口，每个端口都是8 位准双向口，这个接口可以是并行输入或输出8 位数据，也可使 用，每一根输入 / 输出线可以独立地用作输入或输出;
28、 每个端口包括一个数据锁存器 （特殊功能寄存器P0 - P3 ） ， - 输出驱动器和输入缓冲器。用于输出数据的锁存输 入数据可以被缓冲，但四个通道不相同。 在片外存储器扩展系统的情况下，4 个端口可以被用作一个准通用双向I / O端 口使用，但是在与外部存储器的移动设备的系统中，在 P2端口可以被用来作为一个高 输出 8 位地址， P0口的低 8 位地址和数据输入 / 输出作为双向总线的时间。 3.1.5 D/A转换器 MAX541 的功能特性 （1）EEPROM 概述 EEPROM是一种可用电气方法在线擦除和重新编程只读存储器。它既是可读和可擦 写 RAM 甚至经营特色，但也有电后仍然能够
29、保持所存储的数据的非易失性存储器ROM 的优势。写入的数据可以在室温下保持至少10 岁以下。 EEPROM芯片中， 有两种类型的接口：并行接口和串行接口芯片。 并行接口的 EEPROM 容量一般比较大，速度快，功耗和价格是昂贵的，但阅读及书写简单。串行EEPROM 芯片的特点是体积小， 功耗低，价格便宜，占用系统使用更少的信号线，但相对缓慢， 阅读和写作方法是更复杂一点。有时需要改变功能代码或参数的系统为那些需要存储 字节写入数量通常并不需要很多， 写入速度，没有要求太高，这种情况下，串行 EEPROM 是非常合适的。 （2）24C02的特点简介 24C02 （A）是使用 CMOS 技术 12
30、8/256/512/1K/2K/4K/8K*8/14针串行电可擦除可 编程只读存储器。自定时写周期包括自动擦除时间不超过10 毫秒，典型时间为5ms 。 的 MICROCHIP 串行 EEPROM的擦除和写入一个字节的数据的时间可以缩短到小于1 毫 秒。串行 EEPROM写有两种方式，一种是字节写入， 页写入，允许写周期数编入一个尺 寸的字节一个字节的大小取决于芯片内页寄存器，同一型号不同的内存页面寄存器可 能有所不同。例如，的ATMEL AT24C01/01A/02A 的页面寄存器 4B/8B/8B MICROCHIP 第 24C01/01A/02A 页寄存器 2B，24AA01注册 8B。
31、一般擦除 / 写循环寿命已达到10 多 万次，部分产品已达到10 万次。 使用单一电源 +5 V+ /-0.1V，低功耗工作电流为1 mA，在待机时仅为 10 微安; 三态输出，与 TTL电平兼容。普通的商业产品的工作温度范围0 度-70 度-40 度-85 度， 工业。该系列芯片采用8 引脚 DIP，8 引脚 SOIC封装，模型，以及14 引脚 SOIC封装 11 的一部分。 该芯片是两线串行EEPROM芯片，硬件写保护引脚WP 。 3.2 D 类功放模块介绍 利用 Ti 公司 MCS51 系列微处理器和全 D类音频功放芯片 TPS3004 设计红外线遥控 的数字音量控制立体声音频功率放大器
32、。TPS3004-D类立体声音频功放芯片具有输出 功率为 12W 每声道立体声音量控制的直流电压来实现的-40 dB到 36 dB增益调整范围， 并且可以设置的参数来实现掉电记忆。 3.2.1 D/A转换器 MAX541 的功能特性及电路连接 （1） MAX541 特点简介 MAX541 高精度 DAC 是美国 MAXIN 生产的串口输入，电压输出16位的数字 - 模拟转 换器，其特征在于，一个三线串行接口，和输入施密特触发，内置上电复位功能，功 耗为1.5mW 。 在一个单一的 +5伏电源工作，工作电流电压输出范围 0.3 毫安是 0V到2.5V。 由于其极低的功耗， 无需要进行调整， 以获
33、得 16位精度，非常适合工业控制和仪器仪 表应用。 （2） MAX541 引脚说明 MAX541 是8脚DIP和SO 封装。 引脚功能如下： OUT 数模转换电压输出端。 SCLK 串行时钟输入端； REF 参考电压输入端，接外部 +2.5V电压； DGND 数字地端； AGND 接模拟地端； VDD 接+5V电源端； CS 片选信号输入端； DIN 串行数据输入端； （3） MAX541 的工作原理 如下表，这个表是非常直观的了解 MAX541 的工作原理。模拟输出电压 VOUT 的范围内， 可以由不同的数字代码到一个定时的控制输入。 输入的 16位的代码为全零的输出电压为0时，使输入的 1
34、6位数字代码为完整的输出 电压约为 VREF 为2.5V。 VOUT 的变化规律是： 16位数代码 0，递增 1，直到完整的变化， 12 对应的输出电压 VOUT 从0开始，每增加 VREF* （1/65536） 。 数字输入代码模拟输出电压值 VOUT 1111 1111 1111 1111 VREF* （65535/65536） 1000 0000 0000 0000 VREF* （32768/65536） 0000 0000 0000 0001 VREF*（1/65536） 0000 0000 0000 0000 0V 表 3-1 数字输入代码与输出电压值对应表 我们还关心的一个原则，是
35、如何在16 位数字码输入 MAX 541里面。请考虑以下的图中，当芯片选择信号CS选通信号（低电平有效） ，在 时钟信号的串行时钟输入开始生效，同步的时钟信号的传输和数据输入到DAC 锁存器 的上升沿上的数据寄存器。后CS的 16-bit数据传输时设置为1，然后进入下一轮的 数据代码传输。 图 3-6 （4） MAX541的电路连接 在本设计中， MAX51 外接+5V电源，4、5、6 脚接单片机 P1口进行串口通信。模拟 地数字地 AGND 相构成接地系统必须访问的去耦电容在楼盘和地面之间，以消除高频和 低频干扰。可以看出，从图 MAX541 输出电压和两个可调电位器通过调整三个引脚输入 电
36、压可以达到目的的控制类，D类放大器芯片 11（卷），10（VARMAX）和 9（VARDIFF ） 脚， D 类放大器的音量。至于如何控制在下面将进行详细说明。 3.2.2 D类功放芯片 TPA3004D2 的功能特性及电路连接 （1）TPA3004D2 的特性 该 D类立体声音频功率放大器芯片的每通道输出功率12W ， 立体声音量控制的直流 13 电压可以调整从 -40 dB 到 36 dB 增益范围。 （2）TPA3004D2 主要管脚功能 因为此芯片管脚较多所以只介绍本文中所使用到的管脚： LINP（5）左声道音频输入的正极 RINP （3）右声道音频输入的正极 LINN（6）左声道音频
37、输入的负极 RINN （2）右声道音频输入的负极 LOUTP （20、21）左声道音频输出的正极（两管脚接在一起） ROUTN（44、45）右声道音频输出的负极（两管脚接在一起） ROUTP（40、41）右声道音频输出的正极（两管脚接在一起） LOUTN （16、17）左声道音频输出的负极（两管脚接在一起） VARDIFF （9）结合 VARMAX（10）与 VOLUME（11）对输出设置增益 VOLUME（11）在此管脚输入直流电压为VAROUT 输出设置增益 VARMAX（10）输入直流电压为 VAROUT 输出设置最大增益，（假如 VAROUT 没用到 VARMAX 就要接地线） （3）
38、TPA3004D2 的调制方案 调制方案起着重要的作用，在确定所需的过滤器类型。传统的D类放大器需要一 个 LC滤波器。在这种情况下，当没有信号输入时， PWM 输出信号的差的占空比是50， 可听到声音，不产生占空比为50的平均波形，因为是零。但它会被吸收，从扬声器 和使用大量的电流， 从而导致不希望的功率损耗。现在，随着输入电压的增加， 输出+ 增加正极的占空比，占空比会降低负电极输出。 对于这种类型的调制方案，应使用二阶BUTTREWORTH低通滤波器。主要作为滤波 电感，输出电流时，在电压转换一致，从而降低功耗，当输入信号或输入信号少。但 是，这样的过滤器尺寸的增加和额外的外部元件成本的
39、主要缺点。扬声器同时具有电 阻或电感的 D类放大器通过扬声器，所以改善的效率会受到影响，从而在更高的供电 电流产生高电压的开关波形，但也抵消了D类放大器的效率优势。 电感 L1 和 L2 和电容器 C1构成一个差分滤波器信号衰减斜率40 分贝/ S。 开关电 流通过 C1，C2和 C3，扬声器的电流消耗是非常小的。 调制方案的 TI 新一代 D类放大器 TPA3004D2 系列产品已被修改，只产生一个很短 的差分功率脉冲，以避免故障发生时没有输入信号。的新的调制方案不再需要二阶 14 BUTTREWORTH，低通滤波器， 从而可以大大降低了系统的成本和尺寸的设计。由于新的 调制方案的正面和负面
40、的输出信号是同相的，所以在大多数开关周期中的负载的差分 电压是 0V。这极大地降低了开关的电流，并减少了电源消耗在负载。 （5） TPA3004D2工作原理 事实上，音量控制该芯片，控制体积（11）VARDIFF （9）和 VARMAX（10），三个 输入引脚。这些引脚的输入直流电压。的原理如下所示。 11 脚电压量时，将电压减 去第九脚 VARDIFF 后三个引脚的电压输入，然后用双脚10 VARMAX 电压相比，脚的 10 VARMAX 电压比大的控制电压量（ 11）（9）VARDIFF 如果脚 10 电压 VARMAX 上比小的控 制电压上的电压 VARMAX10 引脚电压 VARMAX
41、，这是一个参考电压的电压差。 15 第四章 电路设计制作及调试 4.1 Altium Designer 6.9简介 Altuim designer 6.9是用于绘制电子制作的原理图和PCB图所使用的软件，它 有一套完整的工具，文档和设计项目的组织功能，使用户能够方便地控制电子电路设 计的全过程。它主要由两部分组成：原理图设计系统与印刷电路板设计系统，前者主 要用于设计的电路原理图，印制电路板的设计奠定了基础; 后者主要是用于印刷电路 板，最后 PCB文件，直接关系到生产电路板的设计。 4.2 实际制作电路的步骤 （1）设计电路原理图 原理图设计使用 protel dxp画的电路图，充分利用各种
42、示意图工具和编辑功能。 例如，大多数的部件库中的发现，但有些必须创建一个新的库文件进行编辑。 （2） 校对电路图 检查和校对的电路图，是非常重要的，以下的操作中只画出了，以确保电路的图 是正确的，或尽量减少错误的产生，直接关系到后面的工作进行顺利。 （3） 生产网络表 SPICE netlist SPICE网是连接原理图编辑器和PCB 编辑器的核心。网络表到PCB 编辑器，原理 图最好没问题，有一个问题，那么我们应该出现矫正，直到消除所有的错误，然后就 可以把组件到 PCB编辑器。 （4） 对 PCB 板布局 进行 PCB编辑器的组件后，就可以开始铺陈，其实，布局是一门艺术，要靠平时 的积累，
43、新手和熟练的布板在各方面，如可观测性，稳定性是不一样的。元件布局受 到诸多因素的影响，从结构，电磁干扰和易于布线等方面来考虑 （5） PCB板的实际制作 绘制 PCB板的设计规则检查，如安全性，间距，和干扰，网络检查（控制SPICE 网表）后的实际生产。热铁附图打印出来的铜电路板，然后腐蚀电路板，钻孔，焊接 构件。组件不能焊接，焊接牢固。焊接后的组件检查每一行是否已开启完成的电路板 生产。 4.3 印制电路板设计原则和抗干扰措施 在印刷电路板 （PCB ）的电路元件和电子产品的设备的支承构件。它提供了电路元 16 件和器件之间的电连接。随着电子技术的飞速发展，PGB 的密度越来越高。 PCB设
44、计 的影响是好还是坏的抗干扰能力。因此，在印刷电路板的设计。必须遵守PCB 设计的 一般原则，并应符合抗干扰设计的要求。 （1）设计 PCB 的一般原则 首先，要考虑 PCB 布局大小。 PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，减少噪 声免疫力，成本也增加 ; 太小，散热不是很好，和相邻的线条易受干扰。要确定PCB 尺寸。然后再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，电路布局上的所有 元件。缩短高频分量尽可能地之间的连接，尽量减少它们的分布参数和电磁干扰。易 受干扰成分不能忍受对方太靠近输入和输出元件应远离。若干元件或导线可能有较高 的电势差，应增加它们之间的距离，所以放电导致意外短路。
45、随着高电压组件应安排 在手触及调试。热元件要远离加热元件。依照电路单元的功能。开始电路布局时，方 便的各种功能的电路单元的电路布置，布局的过程中，根据循环的信号，使能信号尽 可能地保持一致的方向的位置上的所有组件。为中心，各功能电路的核心组件，它周 围的布局。元器件应均匀，整齐，紧凑地排列在PCB上。最小化，并缩短在各个组件 之间的引线和连接。元器件的电路板从所述电路板的边缘，在边缘一般不小于2mm 。 该电路板是长方形的形状。 纵横比为 3:2 到 4:3 。电路板的尺寸大于200x150mm 。应考 虑电路板所受的机械强度。 其次，注意输入输出线应避免相邻平行布线。地面最好加线，为了避免反
46、馈耦合。 印刷导体的最小宽度的导体之间的粘接强度和基底绝缘拉和流过它们的当前值的决 定。当铜箔厚度为 0.05mm ，宽度为 1? 15 毫米的时候。 2A 的电流，温度不高于 3C. 导体宽度为 1.5mm ，可满足要求。 一般在集成电路中， 特别是在数字电路中， 都使用线宽度为 0.02 到 0.3mm 。当然， 只要允许的，或尽可能地与宽线。尤其是在电源和接地。在最坏形式下的线路的绝缘 电阻，击穿电压和导体之间的最小距离。对于集成电路，特别是在数字电路中，只要 工艺允许，可以使一个小的间距从5 到 8mm 。的印刷线角和一般的弧线，角度或角度， 高频电路中会影响电气性能。此外，尽量避免使
47、用大面积铜箔，否则。 当加热时间长， 易发生铜箔膨胀和脱落。必须是大面积的铜箔中，优选与网格状。这是一个很好的粘 接剂是在铜箔与基板负的挥发性气体产生的热量。 最后，注意垫中心孔比引线直径稍大的移动设备。垫太容易形成焊缝。焊盘直径 D一般不小于（ d+1.2）mm ，其中 d 为引线孔径。高密度的数字电路，毫米是可取的焊 17 垫（d+1.0）mm 的最小直径。 （2）PCB 及电路抗干扰措施 具体电路与印制电路板的抗干扰设计有着密切的关系，在此处针对 PCB 抗干扰措 施所举例。 地线设计 首先数字到模拟地分开。如果这两个逻辑电路的电路板，有线性电路，应使它们 作为单独的可能。最大限度地利用
48、单点并联接地，实际布线困难串联后再与地面平行 的低频电路。高频电路采用了多系列的地面，地面应短租周围的高频分量，尽可能与 网格状大面积箔。其次，接地线应大胆。如果缝制线的接地线与接地电位的电流的变 化而变化，所以，为了减少抗噪声性能。接地线应该大胆的3 倍，在印刷电路板的容 许电流，使其通过。 如果可能的话， 接地线应超过 2? 3 毫米。再一次的接地线连接到 一个封闭的循环。仅由数字电路，印刷电路板，接地电路布成一组循环可以提高抗干 扰能力。 电源线设计 根据电流的大小的印刷电路板，盘尽可能增加电源线的宽度，以减少环路电阻。 在同一时间，电源线，地线的方向和方向的数据传输，这有助于提高抗噪声
49、性能。 退藕电容配置 印刷电路板设计的做法是适当的去耦电容的印刷电路板配置的关键部件之一。的 原则，去耦电容的一般配置的是跨接在电源输入10? 100uF的电解电容器。如果可能 的话，那么 100uF的更好。原则上，每个集成电路芯片应安排了一个0.01PF 陶瓷电容 器，在印刷电路板间隙的情况下是不够的，每 4 至 8 到 10pF的电容器的芯片布局。 抗 干扰能力弱，关断器件的功率变化，如 RAM ，ROM 存储器件， 去耦电容芯片的电源和接 地之间的直接访问。电容器引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有导线。 4.4 调制 出来的电路板的下一个步骤是调试时，调试实际上是所设计的电路验证。调试各 种因素的制约，稍不小心就会影响使用效果。在调试之前，所有的电线必须用万用表 测试线不通。我只是调试，以确保传导线连接到电源，几乎没有任何声音出来，检查 了几天，所有的工作参数，再次测试的组件，它被确定所有组件的输出没有音频接口 坏接错。 18 4.5 程序流程图 Y Y Y N N Y Y N Y N Y N Y N Y N Y P2.1=0 P2.4=0 是否中断 开始 红外接受 P2.3=0 P2.2=0