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灯光音响 【HIFIDIY 第十二届DIY大赛参赛作品】LoveFuture双30W数字纯后级功放·上

HIFI音响网2019-12-10【转载】人已围观

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一直觉得DIY很温暖,那是小时候麻麻踩着缝纫机缝的小棉裤、勾着毛衣针织的小背心。自从来到HIFIDIY论坛,就有了一种奇妙的感觉——人生值得好好追求。比起教科书,在论坛的学习更像是打开了一扇新世界的大门。

现学有所得,有志不在年高!响应论坛号召,学以致用,知行合一,遂参加此次设计大赛,望与诸位坛友交流,也将此也作为自己学习的年中小结。

在此,特别感谢坛友mc3362今年初发的关于数字功放设计的《基于ST的STA350BW全数字功放制作》一帖,正是因为他的帖子,我对HIFIDIY技术的发展有了新的相对全面的认识和理解;也正是对这个帖子展开的学习,大大地鼓舞了我参赛的信心。

结合大赛主题,我设计了参赛作品——Love&Future,单端模拟输入的双30W(8Ω)数字纯后级功放设计与制作。

一、系统设计

图1:系统设计框图

单端模拟输入的双30W(8Ω)数字纯后级功放

核心器件说明:

数字放大核心器件选取STA350BW——输出功率最大双50W;ADC选择CS5341——具有106分贝动态范围的24bit双声道模数转换器。

二、设计目标

额定功率:2×30W(THD=1%时)

设计负载:2×8Ω

满幅动态范围:>90dB(A计权)

输入灵敏度:4Vrms

输入阻抗:约5.5kΩ

整机电压增益:约12dB

内部采样率:96kHz

其他功能:上电、下电防冲击

过热、短路保护

DRC功能

LED灯状态指示

三、电路原理

经过这段时间深度阅读所选核心器件的规格书,完成整个系统的电路原理图。接下来依次展示——BUFFER ADC电路原理图、POWER_SUPPLY电路原理图、数字功放原理图。其中输入缓冲级的低通滤波器参数、功放输出的滤波器参数还在仿真,数据尚未确定~~

图2:BUFFER ADC电路原理图

单端模拟输入的双30W(8Ω)数字纯后级功放

图3:POWER_SUPPLY电路原理图

单端模拟输入的双30W(8Ω)数字纯后级功放

电源设计简介——

1.首先,主电源用线性稳压把整流滤波后的35V直流稳压成26V纯净电压,电路架构类似Walt-Jung的电源,为了集中主题,在此就先不赘述喽~

2.然后,前端供电通过LM317把26V降压至5.2V,相当于两级线性稳压,为了避免功放级高频脉冲干扰,317输入端加入100μH/300mA大电感滤波。

此处,5.2V电压用于输入Buffer运放和CS5341的模拟部分。

3.接着,5.2V电压通过磁珠隔离,再经两只AMS1117-3.3,稳压成两路3.3V,它们一路供数字功放芯片低压部分,另一路供单片机、CS5341的数字部分、时钟振荡器。

图4:数字功放原理图(STA350BW -data sheet Rev4版20-Sep-2013)

单端模拟输入的双30W(8Ω)数字纯后级功放

先引申,简单地提一下ADC外围电路的PCB设计:

众所周知,ADC是数模混合IC,layout对性能有很大影响,

对此,我现在的想法是——统一铺地,并且,将PCB板分为数字部分和模拟部分,这两部分铜皮在ADC芯片处连接在一起!

4.输入LPF和Buffer(即OP缓冲级)设计介绍

1)整机增益计算(设计目标12dB)

要确定电路原理图中LPF和Buffer的设计,首先需要确定的就是LPF和Buffer的增益。现在,我要对这一步进行讨论和计算啦~~图11是信号流程图与计算思路——输入的模拟信号先后经过图中的四大模块,通过计算ADC与数字功放系统的增益,再结合既定的整机设计目标(12dB),就可以得到需要的答案喽。

图11:信号流程图与计算思路

单端模拟输入的双30W(8Ω)数字纯后级功放

可调增益部分:这次设计的是纯后级功放,它不需要音量控制功能,所以STA350BW的所有可调增益的部分(如MVOL、CXVOL、Pre-Scale、Post-Scale等相关寄存器),都设置为0 dB,即单位增益1倍(绝对值)。

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