毕业设计论文-基于TDA7482数字功放的PCB设计

毕业设计论文-基于TDA7482数字功放的PCB设计PAGEPAGE1编号：XH03JW037-11/0厦门海洋职业技术学院毕业设计（论文）题目:基于TDA7482数字功放的PCB设计系：信息系姓名：XXX学号：XXXXXXXXXX指导教师：XXX20XX年X月XX日编号：XH03JW037-09/0厦门海洋职业技术学院课题名称：基于TDA7482数字功放的PCB设计系别：信息系专业：电子教研室：电子教研室指导教师：XXX学生姓名：XXX学号：XXXXXXXXX二○XX年X月XX日设计（论文）内容：本栏填写：1、了解数字功放电路及PCB设计的概况及发展……2、分析TDA7482工作原理以及数字电路的功能……3、完成原理图的PCB电路板的制作……4、完成论文的书面搞……设计（论文）的主要技术指标：本栏填写：TDA7482的主要技术指标参数：（1）、有25W的额定输出功率。工作条件是：RL=4~8Ω，THD≤10%。其实根据推荐的电参数，当RL=8Ω，P出=1W时其THD仅为0.1%。（2）、有很高的输出效率。当Vcc=±21V，RL=8Ω，P出=18W，效率达78%，因此工作仅需很小的散热器，甚至不用亦可。（3）、宽工作电压范围。推荐值为±10V~±25V，很适合汽车蓄电池供电。（4）、内设有过流保护装置，当RL=0Ω时保护动作门限为3.5A~5A。（5）、内设有过压保护装置，保护阀值为50V。（6）、有过热过载保护，过热关闭温度为150℃。（7）、有ST-BY及MUTE功能。（8）、推荐脉宽调制的载频工作频率为100kHz~200kHz。（9）、输入噪声（20Hz~20kHz）为7μF~12μF。（10）、输入阻抗为30kΩ。（11）、最大功耗3.8W。三、具体要求：本栏填写：时间安排：第一周：与指导老师交流，确定题目方向及论文内容第二周——第三周：查找资料，做好资料的收集整理工作，完成开题报告第四周——第七周：完成论文初稿以及电路板的PCB设计图第八周——第九周：根据指导老师的反馈意见进行修改，并制作电路板，最后完成终稿四、主要参考文献的范围：本栏填写：参考文献：1、陈新国。实用数字音频功放[J].电声技术，2003（11）：32-35.2、夏瑞华。印制板的抗干扰设计[J].电子制作，2002（11）：56-57.3、陈瑞。印制电路设计的抗干扰措施与电磁兼容[J]。电子工艺技术，2002（1）：16-194、张宏伟。印制线路板的抗干扰性设计[J]。南阳师范学院学报，2004（6）：30-32.5、陈寿才，袁力辉。基于TDA7482数字功放的PCB设计[J]。山西电子技术,2005年04期6、罗勇，李挥，邹传云。数字功率放大处理器的设计[J]。电声技术。2004年11期7、罗勇，李挥，邹传云。数字音频功率放大器原理及实现[J]。电声技术。2003年04期一、课题概况（本课题的意义及目前的发展状况等）电子产品慢慢的走进了我们每个人的生活世界。数字功放也在电子产品中飞速发展。其技术含量也不断的加强。然而PCB设计的应用也对其发展起到了一定作用，PCB的机械化也促进了其自身的发展。PCB设计更好的为我们展示了数字功放的实用性以及普及性。方法及手段：通过在图书馆和网络上查阅相关资料。预期成果：通过查阅资料和动手操作，对PCB技术有更深的了解。二、课题内容（本课题的研究内容、方法、手段及预期成果等）1、首先，我们了解下数字功放电路以及PCB设计的概况及发展2、掌握TAD7482的功能及运用3、TDA7482的PCB布局及布线原则4、电路的抗干扰性以及实用性5、设计原理6、原理图及PCB设计图三、课题工作进度安排（任务完成的阶段安排及时间安排，完成任务所具备的条件因素等）时间安排：第一周：与指导老师交流，确定题目方向及论文内容第二周——第三周：查找资料，做好资料的收集整理工作，完成开题报告第四周——第七周：完成论文初稿以及电路板的PCB设计图第八周——第九周：根据指导老师的反馈意见进行修改，并制作电路板，最后完成终稿条件因素：通过大学期间的学习，已经有了一定的自学能力，在完成论文的过程中，通过电子图书馆，上网查询，指导老师的咨询意见等途径得到所需要的资料，来完成论文。四、参考文献资料（要求至少查阅6篇以上正式刊物的文献资料）参考文献：1、陈新国。实用数字音频功放[J].电声技术，2003（11）：32-35.2、夏瑞华。印制板的抗干扰设计[J].电子制作，2002（11）：56-57.3、陈瑞。印制电路设计的抗干扰措施与电磁兼容[J]。电子工艺技术，2002（1）：16-194、张宏伟。印制线路板的抗干扰性设计[J]。南阳师范学院学报，2004（6）：30-32.5、陈寿才，袁力辉。基于TDA7482数字功放的PCB设计[J]。山西电子技术,2005年04期6、罗勇，李挥，邹传云。数字功率放大处理器的设计[J]。电声技术。2004年11期7、罗勇，李挥，邹传云。数字音频功率放大器原理及实现[J]。电声技术。2003年04期五、指导教师意见指导教师签名：日期：年月日目录1． 摘要……………82． 数字功放的概况及发展………93． TDA7482的PCB布局及布线原则…………104． 电路的抗干扰性以及实用性…………………115． TDA7482数字功放的原理图以及主要技术指标……………126．PCB实现………………………137． 参考文献………………………16摘要功放进入了数字时代。数字功放的关键部分集成电路已经达到了较高水准，如TDA7482数字功放有效地降低了信号间的干扰、可实现高保真。虽然核心技术解决了，但印制线路板(PCB)布线不当，也很难达到理想的效果。笔者在TDA7482数字功放的PCB设计过程中总结了一点经验，现就PCB设计应遵守的布线原则及抗干扰设计要求与电磁兼容性要求作简要分析介绍。方法及手段：通过在图书馆和网络上查阅相关资料。预期成果：通过了老师上课的教学及阅读更多资料，对PCB设计有更深的了解。实现工具及相关环境：开发工具：Protel99SE操作系统：Windows2000/XP/2003关键字：数字功放1、数字功放的概况及发展数字功放的基本电路是早已存在的Ｄ类放大器（国内称丁类放大器）。以前，由于价格和技术上的原因，这种放大电路只是在实验室或高价位的测试仪器中应用。这几年的技术发展使数字功放的元件集成到一两块芯片中，价格也在不断下降。理论证明，Ｄ类放大器的效率可达到１００％。然而，迄今还没有找到理想的开关元件，难免会产生一部分功率损耗，如果使用的器件不良，损耗就会更大些。但是不管怎样，它的放大效率还是达到９０％以上。此外，数字功放具有失真小、噪音低、动态范围大等特点，在音质的透明度、解析力，背景的宁静、低频的震撼力度方面是传统功放不可比拟的。数字功放和ＤＣ－ＤＣ开关型逆变电路类似。输入的音频模拟信号经过ＰＷＭ电路调制处理后，形成占空比同输入信号成一定比例的脉冲链，经过开关电路放大后，由低通滤波器滤除高频成分，还原出已放大的输入信号波形，由扬声器放音。上图为Ｄ类放大器的典型电路，采用场效应管Ｈ－桥式连接。众所周知，从上述场效应管Ｈ－桥式电路输出的脉冲波是不便直接驱动扬声器发声的。为了重现放大的音频信号，输出波形必须恢复到原来的正弦波。前几年Ｄ类放大器的设计，大都采用低通滤波器来解决。由于音频的频带范围为２０Ｈｚ～２０ｋＨｚ，而载波频率通常是它的５倍以上，因此，滤除载波频率的过程相当简单，就是在扬声器前面接一个截止频率约为２５ｋＨｚ左右的低通滤波器。而在运用到重低音功放时，由于处理的是低频，低通的截止频率可以降低到５ｋＨｚ左右。滤波器可根据性能要求采用Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ、Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ或Ｂｅｓｓｅｌ等电路。滤波器的设计要求较高，弄得不好会引起射频干扰。为降低功耗，一般采用被动元件。由于功耗和体积的优势，数字功放首先在能源有限的汽车音响和要求较高的重低音有源音箱中得到应用。随着ＤＶＤ家庭影院、迷你音响系统、机顶盒、个人电脑、ＬＣＤ电视、平板显示器和移动电话等消费类产品日新月异的发展，尤其是ＳＡＣＤ、ＤＶＤＡｕｄｉｏ等一些高采样频率的新音源规格的出现，以及音响系统从立体声到多声道环绕系统的进化，都加速了数字功放的发展。近年来，数字功放的价格呈不断下降的趋势，有关这方面的专利也层出不穷。2、TDA7482的PCB布局及布线原则PCB提供了功放电路元器件之间的电气连接，要使功放电路获得最佳性能，元器件的布局及印制导线的布设是关键。2．1、布局原则(1)、数字功放的功率管工作在开关状态，频率高、电流大，且与电源部分靠得近，而该功放(见图1)由于采用开关电源(图中未画出)供电，干扰和纹波系数较大。元器件在PCB上排列的位置要考虑抗电磁干扰，各部件之间的引线要尽量短。在布局上，要把模拟信号、数字信号和噪声源这三部分合理地分开，使相互间的耦合为最小。即要求与⑨脚相连的模拟输入部分与其它数字部分要分开，电源输入、去耦滤波元件，也要与数字处理部分分开，此外，还要考虑电源变压器的方向性，使之对电路的辐射最小。(2)、对电磁场辐射较强的元件(如LI)、和对电磁感应较敏感的元件(R2、C10)，应加以屏蔽、或远离电磁场辐射源，以减少干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。2．2、布线原则(1)、各级走线应尽可能短，元件应尽量靠拢，大信号、高阻抗走线更要注意。音频的输入(CI3、CI2)输出(Ll、C4)线也不宜长，否则易感应交流信号。(2)、导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为0.05ram、宽度为1mm～15mm时，通过2A的电流，温度不会高于3℃。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定，该功放可选0.5mm～5mm(3)、印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。下图(a)(b)(c)为三种拐角线的形式，图(c)采用45。外斜切面拐角线的传输性能和反弹性能要优于其它两种拐角线。圆弧拐角线的性能要比这三种走线形式要好，但制板的工艺要求比较高，会增加生产成本。该功放采用45。外斜切面拐角走线能满足设计要求。3、抗干扰设计措施PCB的抗干扰设计针对不同电路有不同的要求，以下从三个方面讨论该功放的PCB抗干扰设计措施。3．1、电源线设计在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声。据PCB流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻。该功放电路小信号部分电源的走线，导线宽度为1．5mm便可满足要求，而在大信号部分则要求3mm-5mm3.2、地线设计地线比电源线更重要。克服电磁干扰，最主要的手段是地线的设计。地线的布线特别讲究，通常采用单点接地法，将模拟地、数字地和大功率器件地分开，最后都汇集到电源地。该功放地线结构有系统地、机壳地、数字地和模拟地等。地线的设计原则是：(1)、数字地与模拟地分开。该功放既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开，分别与电源端地线相连，并尽可能加大线性电路的接地面积。模拟音频的地应尽量采用单点并联接地。(2)、正确选择单点接地与多点接地。该功放的模拟部分，工作频率低，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用单点接地。而在数字部分工作频率大于10MHz时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，就近多点接地。当工作频率在1～10MHz时，如果采用单点接地，其地线长度不应超过波长的1／20，否则应采用多点接地法。该功放数字部分由于谐波的影响，采用多点接地更好。(3)、将接地线构成闭环路。数字功放的PCB，将接地线设计成闭环路可以明显地提高抗噪声能力。其原因在于：电路中耗电元件多，因受接地线粗细的限制，会在地线上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降，若将接地构成环路，则会缩小电位差值，提高功放电路的抗噪声能力。3．3、信号线的设计与PCB以外的弱信号相连时，通常采用屏蔽电缆。对于高频和数字信号，屏蔽电缆两端都接地。该功放模拟音频信号用的屏蔽电缆，采用一端接地为好。而PCB中的信号走线应尽量短并避开干扰源。4、TDA7482数字功放的原理图以及主要技术指标TDA7482是音频用D类脉宽调制单片功放IC。此系列IC主要设计用于高效率场合如大屏幕彩色电视机的伴音系统和家用立体声装置等。原理图如下所示：DA7482的主要技术参数为：（1）、有25W的额定输出功率。工作条件是：RL=4~8Ω，THD≤10%。其实根据推荐的电参数，当RL=8Ω，P出=1W时其THD仅为0.1%。（2）、有很高的输出效率。当Vcc=±21V，RL=8Ω，P出=18W，效率达78%，因此工作仅需很小的散热器，甚至不用亦可。（3）、宽工作电压范围。推荐值为±10V~±25V，很适合汽车蓄电池供电。（4）、内设有过流保护装置，当RL=0Ω时保护动作门限为3.5A~5A。（5）、设有过压保护装置，保护阀值为50V。（6）、过热过载保护，过热关闭温度为150℃。（7）、ST-BY及MUTE功能。（8）、荐脉宽调制的载频工作频率为100kHz~200kHz。（9）、入噪声（20Hz~20kHz）为7μF~12μF。（10）、入阻抗为30kΩ。（11）、大功耗3.8W。5、PCB实现下图为PCB板的，以及3D效果图的正反面参考文献《实用数字音频功放》编著：陈新国电声技术，2003（11）：32-35.《印制板的抗干扰设计》编著：夏瑞华电子制作，2002（11）：56-57.《印制电路设计的抗干扰措施与电磁兼容》编著：陈瑞电子工艺技术，2002（1）：16-19《印制线路板的抗干扰性设计》编著：张宏伟南阳师范学院学报，2004（6）：30-32.《基于TDA7482数字功放的PCB设计》编著：陈寿才，袁力辉山西电子技术,2005年04期《数字功率放大处理器的设计》编著:罗勇，李挥，邹传云电声技术。2004年11期《数字音频功率放大器原理及实现》编著:罗勇,李挥,邹传云电声技术。2003年04期读书笔记什么是EDA

20世纪90年代，国际上电子和计算机技术较先进的国家，一直在积极探索新的电子电路设计方法，并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革，取得了巨大成功。在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性。这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念，促进了EDA技术的迅速发展。

EDA是电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可*性，减轻了设计者的劳动强度。2.EDA与传统电子设计方法的比较EDA与传统电子设计方法相比,在电子产品的设计理念、设计方式、系统硬件构成、设计的重用性、知识产权、设计周期等方面具有以下优势。(1)先进的设计理念和设计流程传统的电子设计流程与EDA设计流程的比较,如图1所示。从设计流程看,传统的电子设计技术通常是自顶向上Bottomup的,能用搭积木的方式进行,即首先确定构成系统的最底层的电路模块或元件的结构或功能,然后根据主系统的功能要求,将他们组合成更大的功能块,使他们的结构和功能满足高层次系统的要求。根据这样的流程,逐步向上推进,直至完成整个目标系统的设计。EDA设计完全符合设计人员的设计思路,从功能描述开始,到物理实现的完成。工程师的最初设计思想不是一开始就考虑采用某一电子元器件厂商的某一特定型号器件,而是从功能描述开始的。设计工程师首先要考虑规划出能完成某一具体功能、满足自己产品系统设计要求的某一功能模块,利用某种语言如HDL把功能描述出来,通过功能仿真以验证设计思路的正确性。当所设计功能满足需要时,再考虑以何种器件即逻辑综合和适配完成所需要的设计。实际上这就是自顶向下Topdown设计方法。(2)设计输入方式的改进传统的电子系统的设计是采用电路原理图的方式,如果电路系统比较复杂,那么这种电原理图可能有几百张、几千张,甚至万千张。如此多的电原理图使阅读、修改和使用极为不便。基于FPGA/CPLD的EDA设计工程师采用硬件描述语言HDL作为输入,用HDL对数字电子系统进行抽象的行为与功能描述以及具体的内部线路结构描述,从而可以在电子设计的各个阶段、各个层次进行计算机模拟和验证,保证设计过程的正确性,可以大大降低设计成本。并且可在极短的时间内修改设计,对各种FPGA/CPLD结构进行设计结果规模门消耗和速度时序的比较,选择最优方案。(3)电路系统硬件构成更加灵活在采用传统的电原理输入方法时,采用元器件受到结构和性能的制约。由于不同厂商电子元器件的结构不完全相同,甚至同一厂商不同系列的产品也存在性能上的差别,因此,在设计一开始,工程师的设计思路就受到最终所采用器件的约束,大大限制了设计师的思路和器件选择的灵活性。而采用EDA设计方法,功能输入采用国际标准的HDL输入方法,HDL可不含有任何器件的物理信息,因此工程师可以有更多的空间去集中精力进行功能描述,设计师可以在设计过程的最后阶段任意选择或更改物理器件。EDA技术的标准化和HDL设计语言与设计平台对具体硬件的无关性,使设计者能更大程度地将自己的才智和创造力集中在设计项目性能的提高和成本的降低上。(4)设计可重复利用目前的趋势是ASIC设计越来越多地采用了预先验证好的越来越大的模块加速设计周期,这些预先设计好并通过验证的模块被称为“内核”Core或者知识产权IPIntellectu2alProperty,这些IP作为设计师或设计单位的设计成果,应用于不同的产品设计中,做到成果的再利用。传统的电子设计方法至今没有任何标准规范加以约束,因此,设计效率低、系统性能差、开发成本高、市场竞争力小.EDA技术则完全不同,它的设计语言的标准化,不会因为设计对象的不同而改变;它的开发工具的规范化,EDA软件平台支持任何标准化的设计语言;它的设计成果的通用性,IP核具有规范的接口协议。良好的可移植与可测试性,为高效高质的系统开发提供了可靠的保证。(5)EDA技术使拥有自主知识产权成为可能无论传统的应用电子系统设计得如何完美、使用多么先进的功能器件,都没有任何的自主知识产权,这将导致该系统在许多情况下的应用直接受到限制,而且有时是致命的。EDA技术则不同,由于用HDL描述目标系统有很大的可选性,它既可以使用不同来源的FPGA/CPLD实现,也可以直接以ASIC来实现,设计者拥有完全的自主权,不再受制于人。(6)缩短了设计周期加速了产品的上市时间现代电子产品更新换代的节奏越来越快,开发风险也越来越大,这就需要缩短设计周期,减少产品的上市时间。传统的电子电路的设计周期依据系统的复杂程度一般需要几天、几个月甚至几年的时间。采用HDL描述电路系统可以使产品上市时间提前,性能明显提高,产品竞争力加强。据统计,采用EDA设计方法的生产率可达到传统设计方法的2～4倍。3.EDA的历史背景三十多年来，EDA技术经历了计算机辅助设计CAD(ComputerAssistDesign)、计算机辅助工程设计CAE(ComputerAssistEngineeringDesign)和电子系统设计自动化ESDA(ElectronicSystemDesignAutomation)三个发展阶段。20世纪70年代，随著中小规模集成电路的出现和应用，传统的手工制图设计PCB和IC的方法已无法满足设计精度和效率的要求，人们开始借助计算机二维平面图形编辑与分析工具进行IC版图编辑和PCB布局布线，从而产生了CAD的概念。受当时计算机工作平台的制约，CAD所支持的设计工作有限且性能比较差。20世纪80年代为CAE阶段。与CAD相比，CAE增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网表将两者结合在一起，以实现工程设计。其主要功能包括∶原理图输入、逻辑仿真、电路分析、自动布局布线以及PCB後分析。但是，大部分从原理图出发的EDA工具仍然不能适应复杂电子系统设计的要求，而且具体化的元件图形制约著优化设计。20世纪90年代为ESDA阶段。尽管CAD/CAE技术取得了巨大的成功，但在整个设计过程中，自动化和智能化程度不高。各种EDA软件互不兼容，直接影响到设计环节间的衔接。於是，设计师逐步从使用硬件转向设计硬件，从电路级电子产品开发转向系统级电子产品开发。ESDA工具便是以系统级设计为核心，包括系统行为级描述与结构级综合、系统仿真与测试验证、系统划分与指标分配、系统决策与文件生成等一整套的电子系统设计自动化工具。ESDA技术的出现，极大地提高了系统设计的效率，使设计师摆脱了大量的辅助设计工作，把精力集中於创造性的方案与概念构思上，从而极大地提高了设计效率，并缩短了产品的研制周期。4．数字功放布局原则(1)数字功放的功率管工作在开关状态、频率高、电流大，且与电源部分靠得近，而该功放(如图1)由于采用开关电源(图中未画出)供电，干扰和纹波系数较大，因此，元器件在PCB上排列的位置要考虑抗电磁干扰，各部件之间的引线要尽量短。在布局上，要把模拟信号、数字信号和噪声源这三部分合理地分开，使相互间的耦合为最小。即要求与LM4651⑩脚相连的模拟输入部分与其它数字部分要分开，电源输入、去耦滤波元件，也要与数字处理部分分开，此外，还要考虑电源变压器的方向性，使之对电路的辐射最小。(2)元件在排列时应按输出滤波器、H一桥电路、比较器、振荡发生器、电压放大器的次序，如果各级交叉排列，很容易相互影响，出现自激或吸收。(3)对电磁场辐射较强的元件(如L、L。)、和对电磁感应较敏感的元件(R、c，R、c)，应加以屏蔽、或远离电磁场辐射源，以减少干扰。(4)尽可能缩短高频元件(如R：、c。)之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。(5)有些元器件或导线之间有较高的电位差，应加大它们之间的距离,以免放电出现意外短路。如LM4651L的⑤、⑦脚；LM4652的①、③脚走线不宜相距太近。带高电压的元器件(如电源开关)应尽量布置在调试时手不易触及的地方。5．PCB的介绍制电路板(PCB)是电子产品中电路元件和器件的支撑件，它提供电路元件和器件之间的电气连接。现在有许多PCB不再是单一功能电路，而是由数字电路和模拟电路混合构成的。数据～般在模拟电路中采集和接收，而带宽、增益用软件实现控制则必须数字化，所以在一块板上经常同时存在数字电路和模拟电路，甚至共享相同的元件。考虑到它们之间的相互干扰问题以及对电路性能的影响。电路的布局和布线必须要有一定的原则。混合信号PCB设计中对电源传输线的特殊要求以及隔离模拟和数字电路之间噪声耦合的要求，增加了设计时布局和布线的复杂度。在此，通过分析高密度混合信号PCB的布局和布线设计，来达到要求的PCB设计目标。6.什么是公版和非公版PCB公版产品是按照芯片厂商提供的一套完整的芯片