PCB布线改善音频的音质.pdfVIP

PCB 布线改善音频的音质 文中给出了一个有问题的蜂窝电话PCB设计和一个良好的PCB布板方案。通过对两种布板的对比强调 了改善音频性能的设计考虑。 元件布局 任何PCB设计的第一步当然是选择每个元件的PCB摆放位。我们把这一步称为“布板考虑”。仔细的 元件布局可以减少信号互连、地线分割、噪音耦合以及占用电路板的面积。 蜂窝电话包含数字电路和模拟电路，为了防止数字噪声对敏感的模拟电路的干扰，必须将二者分隔开。 把PCB划分成数字区和模拟区有助于改善此类电路布局。 虽然蜂窝电话的RF部分通常被当作模拟电路处理，许多设计中需要关注的一个共同问题是RF噪声， 需要防止RF噪声耦合到音频电路，经过解调后产生可闻噪音。为了解决这个问题，需要把RF电路和 音频电路尽可能分隔开。 将PCB划分成模拟、数字和RF区域后，需要考虑模拟部分的元件布置。元件布局要使音频信号的路 径最短，音频放大器要尽可能靠近耳机插孔和扬声器放置，使D类音频放大器的EMI辐射最小，耳机 信号的耦合噪音最小。模拟音频信号源须尽可能靠近音频放大器的输入端，使输入耦合噪声最小。所 有输入引线对RF信号来说都是一个天线，缩短引线长度有助于降低相应频段的天线辐射效应。 元件布置举例 图1给出一个不合理的音频元件布局，比较严重的问题是音频放大器离音频信号源太远，由于引线从 嘈杂的数字电路和开关电路附近穿过，从而增加了噪音耦合的几率。较长的引线也增强了RF天线效 应。 蜂窝电话采用GSM技术，这些天线能够拾取GSM发射信号，并将其馈入音频放大器。几乎所有 放大器都能一定程度上解调217Hz包络，在输出端产生噪音。糟糕时，噪音可能会将音频信号完全淹 没掉，缩短输入引线的长度能够有效降低耦合到音频放大器的噪声。 图1所示元件布局还存在另外一个问题：运放距离扬声器和耳机插座太远。如果音频放大器采用的是 D类放大器，较长的耳机引线会增大该放大器的EMI辐射。这种辐射有可能导致设备无法通过当地政 府制定的测试标准。较长的耳机和麦克风引线还会增大引线阻抗，降低负载能够获取的功率。 最后，因为元件布置得如此分散，元件之间的连线将不得不穿过其它子系统。这不仅会增加音频部分 的布线难度，也增大了其它子系统的布线难度。 图1：不合理的元件布局。 图2给出了图1相同元件的排列，重新排列的元件能够更有效地利用空间，缩短引线长度。注意，所 有音频电路分配在耳机插孔和扬声器附近，音频输入、输出引线比上述方案短得多，PCB的其它区域 没有放置音频电路。这样的设计能够全面降低系统噪音，减小RF干扰，并且布线简单。 图2：蜂窝电话的一个合理布局方案。 号通路 信号通路对音频输出噪音和失真的影响非常有限，也就是说为了保证性能需要提供的折中措施很有 限。 扬声器放大器通常由电池直接供电，需要相当大的电流。如果使用长而细的电源引线，会增大电源纹 波。与短而宽的引线相比，又长又细的引线阻抗较大，引线阻抗产生的电流变化会转变成电压变化， 馈送到器件内部。为了优化性能，放大器电源应使用尽可能短的引线。 应该尽可能使用差分信号。差分输入具有较高的噪声抑制，使得差分接收器能够抑制正、负信号线上 的共模噪声。为充分利用差分放大器的优势，布线时保持相同的差分信号线对的长度非常重要，使其 具有相同的阻抗，二者尽可能相互靠近使其耦合噪声相同。放大器的差分输入对抑制来自系统数字电 路的噪声非常有效。 接地 对于音频电路,接地对于是否能够达到音频系统的性能要求至关重要。不合理地线会导致较大的信号 失真，产生高噪声、强干扰，并降低RF抑制能力。设计人员很难在地线布局上投入大量时间，但仔 细的地线布置能够避免许多棘手问题。 任何系统中接地有两个重要考虑：首先它是流过器件的电流返回路径，其次是数字和模拟电路的参考 电位。保证地线任意一点的电压相同看似简单，实际则是不可能的。所有引线都具有阻抗，只要地线 有电流流过，就会产生相应的压降。电路引线还会形成电感，这意味着电流从电池流向负载，然后返 回电池，在整个电流通道上存在一定的电感。工作在较高频率时，电感将增大地线阻抗。