功放電路PCB布線的問題及防治措施

有源音箱就是音箱與放大器的組合，因此有源音箱噪音分析與一般放大器噪音與放大器近似，分析、處理時可借鑒HIFI放大器。

噪音與放大器相生相伴，是無可避免的，這里討論降低噪音，目的是將其降低至可接受的范圍，而不是、也無法將其徹底根除，換句話說，信噪比只能盡量提高，但不能無限大。下面我們就先來從噪音產(chǎn)生根源與機理方面簡要分析，然后再來了解一些經(jīng)實踐檢驗行之有效的防治措施。

一、電磁干擾及防治措施

1. 電磁干擾

電磁干擾主要來源是電源變壓器和空間雜散電磁波。

有源音箱除極少數(shù)特殊產(chǎn)品外，多數(shù)是由市電提供電源，因此必然要使用電源變壓器。電源變壓器工作過程是一個“電-磁-電”的轉換過程，在電磁轉換過程中必然會產(chǎn)生磁泄露，變壓器泄磁被放大電路拾取放大，最終表現(xiàn)為由揚聲器發(fā)出的交流聲。

電源變壓器常見規(guī)格有EI型、環(huán)型和R型，無論是從音質(zhì)角度還是從電磁泄露角度來看，這三種變壓器各有優(yōu)缺點，不能簡單判定優(yōu)劣。

EI型變壓器是最常見、應用最廣的變壓器。深圳各大音響制作廠家基本上是采用EI變壓器。磁泄露主要來源E與I型鐵心之間的氣隙以及線圈自身輻射。EI型變壓器磁泄露是有方向性，如下圖所示，X、Y、Z軸三個方向上，線圈軸心Y軸方向干擾最強，Z軸方向最弱，X軸方向的輻射介于Y、Z之間，因此實際使用時盡量不要使Y軸與電路板平行。

環(huán)型變壓器

環(huán)型變壓器由于不存在氣隙、線圈均勻卷繞鐵芯，理論上漏磁很小，也不存在線圈輻射。但環(huán)型變壓器由于無氣隙存在，抗飽和能力差，在市電存在直流成分時容易產(chǎn)生飽和，產(chǎn)生很強的磁泄露。國內(nèi)不少地區(qū)市電波形畸變嚴重，因此許多用家使用環(huán)型變壓器感覺并不比EI型變壓器好，甚至更差。所謂環(huán)型變壓器絕無泄露，或是因媒介誤導，或是因廠商出于商業(yè)宣傳需要而杜撰，環(huán)型變壓器磁泄露極低的說法只是在市電波型為嚴格的正弦波時才成立。另外，環(huán)型變壓器還會在引線處出現(xiàn)較強電磁泄露，因此環(huán)型變壓器的漏磁也是有一定方向性的，實際裝機時旋轉環(huán)型變壓器，在某個角度上獲得最高信噪比。

R型變壓器可簡單看做橫截面圓型的環(huán)型變壓器，但在線圈繞制手法上有區(qū)別，散熱條件遠比環(huán)型變壓器為好，鐵芯展開為漸開漸合型，R型變壓器電磁泄露情況與環(huán)型變壓器類似。由于每匝線長比環(huán)型變壓器短，能緊貼鐵心繞制，因此上述三類變壓器中R型變壓器 的銅損最小。

2.電磁干擾主要防治措施：

1)降低輸入阻抗。

電磁波主要被導線及PCB板走線拾取，在一定條件下，導線拾取電磁波基本可視為恒功率。根據(jù)P=U^U/R推導，感應電壓與電阻值的平方成反比，即放大器實現(xiàn)低阻抗化對降低電磁干擾很有利。

2)增強高頻抗干擾能力

針對雜散電磁波多數(shù)是中高頻信號的特點，在放大器輸入端對地增設磁片電容，容值可在47--220P之間選取，數(shù)百皮法容值的電容頻率轉折點比音頻范圍高兩、三個數(shù)量級， 對有效聽音頻段內(nèi)的聲壓響應和聽感的影響可忽略不計。

3)注意電源變壓器安裝方式

采用質(zhì)量較好的電源變壓器，盡量拉開變壓器與PCB之間的距離，調(diào)整變壓器與PCB之間的方位，將變壓器與放大器敏感端遠離;EI型電源變壓器各方向干擾強度不同，注意 盡量避免干擾強度最強的Y軸方向?qū)蔖CB.

4)金屬外殼須接地

對于HIFI獨立功放來說，設計規(guī)范的產(chǎn)品在機箱上都有一個獨立的接地點，該接地點其實是借助機箱的電磁屏蔽作用降低外來干擾;對于常見有源音箱來說，兼做散熱器的金屬面板也需接地;音量、音調(diào)電位器外殼，條件允許的話盡量接地，實踐證明，該措施對 工作于電磁環(huán)境惡劣條件下的PCB十分有效。

二、地線干擾及防治措施

1. 地線干擾

電子產(chǎn)品的地線設計是極其重要的，無論低頻電路還是高頻電路都必須要個遵照設計規(guī)則。高頻、低頻電路地線設計要求不同，高頻電路地線設計主要考慮分布參數(shù)影響，一般為環(huán)地，低頻電路主要考慮大小信號地電位疊加問題，需獨立走線、集中接地。從提高信噪比、降低噪音角度看，模擬音頻電路應劃歸低頻電子電路，嚴格遵循“獨立走線、集中一點接地”原則，可顯著提高信噪比。

音頻電路地線可簡單劃分為電源地和信號地，電源地主要是指濾波、退耦電容地線，小信號地是指輸入信號、反饋地線。小信號地與電源地不能混合，否則必將引發(fā)很強的交流聲：強電地由于濾波和退耦電容充放電電流較大(相對信號地電流)，在電路板走線上必然存在一定壓降，小信號地與該強電地重合，勢必會受此波動電壓影響，也就是說，小信號的參考點電壓不再為零。信號輸入端與信號地之間的電壓變化等效于在放大器輸入端注入信號電壓，地電位變化將被放大器拾取并放大，產(chǎn)生交流聲。增加地線線寬、背錫處理只能在一定程度上減弱地線干擾，但收效并不明顯。有部分未嚴格將地線分開的PCB由于地線寬、走線很短，同時放大級數(shù)很少、退耦電容容量很小，因此交流聲尚在勉強可接受范圍內(nèi)。

2.正確的布線方法是：

1)主濾波電容引腳作為集中接地點，強、弱信號地線嚴格區(qū)分開，在總接地點匯總。下面以最常見的LM1875(TDA2030A)為例，以生產(chǎn)商推薦線路說明一下：

2030A推薦線路圖

圖中R1、R2是輸入落地電阻，C2是直流反饋電容，接地點是小信號地，標記為藍色，;C3、C4、C6、C7是退耦電容，接地端標記為紅色，屬電源地。正確的接地方式為：三個小信號接地點可混合在一條地線上，四個電源地匯集為另一條地線，電源地與小信號地在總 接地點處匯合，除總接地點外，兩種地不得有其他連通點!

2)功放輸出端的茹貝爾(zobel)移相網(wǎng)絡(R5、C5)接地點處理方法較特殊，該接地點如并入電源地，地線電壓擾動將經(jīng)R4反饋至LM1875反相輸入端，引起交流聲;而并入小信號地的話，由于信號的相位、強度不一致，將導致音樂信號質(zhì)量嚴重下降。因此，如印 刷電路板空間允許，最好能單獨走線。下面結合幾張實際的PCB板圖來詳細說明：

TDA2030 PCB圖

這張PCB圖中，存在明顯的地線設計錯誤，小信號地與電源地完全重合，因此該板必然存在交流噪聲，且不受音量電位器控制。圖中C2、C3、C4、C5是退耦電容，C7、R2、C6、JP1第一腳、JP2第三腳等五個接地點則屬小信號地，大小信號地重疊后通過跳線引至C8、C9的總接地點。同時，zobel移相網(wǎng)絡接地點(C1第二腳)也混雜在一條地線上，必然使 實際情況更加復雜。

LM4766 PCB圖

該圖中，C5、C11、C12為OP退耦電容，接地端屬電源地，圖中用紅色細線標記出電流走向;而R5、R6、R7、R9等HPF電路電阻接地端屬小信號地，與C5、C11、C12等退耦地共用一條地線走線的話，退耦電容工作電流與地線內(nèi)阻引起的壓降勢必會疊加在R5、R6、 R7、R9接地端，引發(fā)交流聲甚至自激。

3)一張地線布線正確的PCB圖，如下圖：

地線布線PCB圖

這張PCB中，大小信號地嚴格分開，同時采用了一些其他降噪手段，信噪比例很高，輸入端開路時，實測輸出端殘留噪音不高于0.3mV,夜深人靜時耳朵貼在揚聲器單元上也沒有任何噪聲。為看圖方便，僅畫出一聲道的地線做示范。C9、R1、C10及信號輸入插座接地端是小信號地，通過紅色地線接至總接地點，左側地線是揚聲器及zobel網(wǎng)絡地，右側地線是退耦電容的電源地，三條地線在主濾波電容C4的2腳匯合，實現(xiàn)真正意義上的“一點接 地”.

三、機械雜音及防治措施

1.機械噪聲

有源音箱將音箱與放大器集成在一起，因此有部分噪聲是特有的。最常見的機械噪音來源是電源變壓器。前面說過，電源變壓器工作過程是“電-磁-電”轉換的過程，電磁轉換過程中，除產(chǎn)生磁泄露外，交變磁場會引起鐵芯震動。老式鎮(zhèn)流器日光燈工作時鎮(zhèn)流器會發(fā)出嗡嗡聲，使用日久后聲音還會增大，就是因為鐵芯受交變磁場吸斥而引發(fā)震動。

制作精良的變壓器，鐵芯壓的很緊，同時在下線前要經(jīng)過真空浸漆工藝處理，交變磁場引起的鐵芯震動很小;如變壓器鐵芯松動、未壓實，通電時引起的振動會比較強(想象一下理發(fā)店的電推子)。許多低價變壓器為節(jié)約工時僅做“蘸”漆而未做“真空浸漆”處理，鐵芯振動更嚴重。音箱箱體有一定的助聲腔作用，變壓器振動引起的空氣擾動傳導到揚聲器振膜上，聽起來與電磁干擾引起的噪音非常相似。年前修理一套交流聲嚴重的有源音箱，遍查電路找不到原因，無意中將揚聲器連線碰斷，噪音幾乎未降低，最終確認是變壓器作怪。

這種情況在有源音箱上是普遍存在的，變壓器品質(zhì)高低只對最終引起的振幅大小有影響，即使價格非常昂貴的電源變壓器也存在振動，因此絕大多數(shù)有源音箱主箱噪音水平遜于副箱。

2.電源變壓器導致的機械雜音防治措施：

1)選擇品質(zhì)較好、工藝嚴謹?shù)淖儔浩鳎档妥儔浩髯陨碚駝?，這也是最有效的措施

2)在變壓器與固定板之間增加減震層，選用彈性的軟