“音”你而“声”

                          ——便携式双电源蓝牙音响（基于STM32F103C8T6控制）

    这是我们为高中校内通用技术课程作业所做的项目，鉴于本人才疏学浅，设计上还有诸多不足，还请各位大佬批评指教！

  下面让我来介绍一下各个电路板的功能。

0号：负压产生器

  这块板子实际上是早期用来作为Buck负压产生的验证板，设计上并没有注意太多细节。由于后来并没有更多的时间去重新设计一块了，所以直接被我拿来用。（这块板子上半部分可以不管他，只是当时为了节省空间拼的一块flash验证板，在制板的时候可以选择1.0mm的，这样利用中间的挖槽就可以很轻松的分开两块板子）。

  这块板子其实就是两个TPS5430（上面的5450是通用的）的降压电路，一个是很简单的典型buck，把输入转到8V，然后再通过一个ldo（LM7805）实现5V的低纹波输出。

然后另一部分稍显复杂，通过重建拓扑结构（反转Buck-Boost）来实现负压输出，随后通过负压ldo实现低纹波输出。   测试的时候，输入18V和12V时都能正常工作。只是我在tb上买的5430好像是漏液货，EN控制不了。注意！TPS54x0系列的欠压锁定电压为5.5V，这意味着你输入5V时负压部分是不能工作的（正压部分就更不用说了），千万别踩了这个坑！（我就是因为这个原因测试时死去活来），如果条件允许可以用TPS54360.

12V输入时±5V输出测试成功

1号 First Test

  这块板子设计出来本来用来用BM3452对三串锂电池进行保护，还有两个充电部分（5430降压充电和IP2326 type-c输入充电），以及对充电通道的选择（继电器+推挽控制）。

  

  其实真正使用的部分是右半边的IP2326部分,BM3452的部分有点问题——他不能充电只能放电。很奇怪，我是按照数据手册给的Pmos+Nmos充放电独立画的图，就是不能工作，搞来搞去先是短路测试把底层走线给烧断了后来又把Pmos给干炸了（如图），跟个摔炮一样响，还好流弹没打中我（后怕）IP2326的部分是能够正常工作的（虽然需要手动飞线拉高EN），如图为3C锂电池进行充电，充电时灯亮，灯灭即充满。

至于为什么后来没搞继电器选择，后面再讲。

2_Second Test

空板概览

    这块板子是这几个当中最复杂的一个，最开始其实是作为方案验证来使用的，许多元件选择和走线都没有很注意，不过至少能够凑合着用(吗？)

  Part 1 3C->18V 设计问题第二多的一个地方（苦笑）

 

  这是一个基于TPS55340 Boost芯片制作的升压电路。当时去看别人的作品的时候，把运放用的18V看成主供电了，以为功放也用的是18V，所以就设定了输出电压为18V（其实实测只有17V，后期改了下分压网络R2->15k,R4->100k,R3->6.8k以设定输出电压到22V，满足更高功率的需求）

  先把设计问题写在前面

  1.SoftStart引脚的电容在接线的时候不知道咋的就和Sync接到一起了（正常是接地），所以Sync必须接地，否则芯片是不会启动的。

  2.这个排针的设计也是依托，一次不小心把EN和Sync接反了，开始没啥问题（因为EN拉低），但输入的12V估计直接把芯片给打坏了，等到我把EN拉高，IC直接冒烟报废。

  除去这些错误，这个电路就还能正常工作。虽然这个工字电感的电流只有2A,但是好像也能暂时用着？

  Part2 24V->18V Buck

先把重大错误写在前面：环流二极管的方向反了！

跟18V较上的我决定把开关电源的24V也转成18V。所以又去搞了个5450来降压。这幅图上好像看不到任何24V的输入点。其实我一开始打算搞一个DC007B的，结果又给忘了。成品板上这里有两个焊盘用来输入24V，最后也许是没有保存，导致eda里看不到。（也不要紧，这一部分最后也用不到）

  Part 3 供电通道选择器（完全没用）

  这是个理想很丰满的设计。本来想要实现的功能是由单片机控制电平来决定LM386是否工作。工作时如果检测到24->18V有输入的话就自动切换。结果根本工作不了。原因是3.3V时stm32推挽高电平的输出电压，而推挽的输出最多就是它减去自身压降，也就只剩下2.5V了。给后面的2n7002栅极电压远远不够，加上mos自身内阻又大，继电器根本就吸合不了……也许换一个AO3400能行？不过我发现我甚至连单片机的控制接入点都忘记安排了！！！

  这也是为什么我没有焊接充电板上的供电选择的原因，同样的推挽，肯定是同样的问题。

  所以就忘了这一个设计吧。实际使用中我飞线让继电器吸合以连接TPS55340输出和后面的东西。

焊接“好”的Part.1,2&3（随手拍的）

Part.4 5V&3.3(用不了)转换

 

Part.3特写

依然是先把问题写在前面

  3.3V输出无效，虽然用万用表量有电压，但是无法带载。（致命）

  5V输出的偏离值过大(大概到了5.4V了)，后期通过修改分压网络到了4.9V左右（严重）

  当时的我手头上有很多54302，所以就把低压转换的工作交给它。这是一款同步Buck降压芯片，可以省去一个环流二极管。封装也小，能够节省空间。sot-23-6的封装过3A的电流，TI你还是很强的。

  至于为什么3.3V输出无效我仍然不清楚，所以不得不在4号板中采用tlv62569来进行转换了。

  Part.5 运放的正负电源部分（其实只有正压有效）

 

  这是为音频用运算放大器供电所设计的正负压电源。先是由一颗TPS54302将18V转到8V（忘记走线了，所以后来飞线连接的是12V），一路走LM7805，一路经过负压电荷泵ICL7660转换到负压再通过LM7905稳压。

  同样是理想很美好，但是我还是高估了电荷泵的带载能力，40mA跟开玩笑似的，就只能点一颗led了，根本带不动NE5532（并且我设计的电路好像还有点问题）所以最终还是得外接我早期的负压产生模块。（当初就不该用电荷泵的，反转Buckboost多是件美事啊~）

Part.6 音频输入控制

  这是这块板子中少数几个真正正常工作的地方。原因是这部分是我“仿制”一个5块从废品站捡来的市电音响里的分频部分所造出来的。效果比大D老师给的方案好多了，毕竟别人也是拿来卖的玩意。

    图上从左到右，分别是低音衰减（毕竟是无源分频，只能用衰减这个词了），高音衰减和音频调节。

  唯一的遗憾是电位器的封装是自己画的，原理图上没注意旋钮所朝的方向（箭头所朝向的是旋钮），以至于我在pcb走线上比较尴尬，走得一言难尽。并且最后不应该直接把两个声道短接的（因为方案验证板的输出是单声道），如果当初留了一个0欧姆电阻的焊盘该有多好啊……

Part.7 输入级运算放大器

  当初是看了某个人的3116功放设计，听说差分输入能够增强抗噪声性，才搞的。结果效果不尽人意。这块板子上原有的3110似乎不太能支持差分输入，直流偏置保护频繁触发。不过当我在将信号通过飞线外接到后来设计的3116板子之后，那里是没有这个问题的。

  其实还有一个问题——但这个与运放本身无关——±5V的供电范围对于运放来说还是太窄了，以至于我在调整电位器到较高的位置时后级会出现一声爆破音之后失真加剧，但调低电位器又会听见一声爆破后回到原有水平（前提是3.5mm口输入的信号幅度本身就比较大）。大D老师给出的解释是供电范围不足引起的削波。也许吧，或者是由于我更改R24的值到了1.8k来提高增益导致的？（因为前面的分频器的衰减太强，信号的电压几乎是只剩下1/6到1/8,如果没有在这里增益的话后级的声音就太小了）

Part.8 电平显示器（失败的）

  这是一个基于LM3916的电平显示器。我本来的想法是想要通过它来反应音频的电平变化，但是效果好像不尽人意。输入的运放好像承受不了11倍的放大，所以后来我直接把输入信号给接到了3916的输入端。但是这决定了其电平显示会失效。结果就是这十个LED反应的是电位器的调整，只有最顶上的一颗led的亮度在输入信号强的时候会跟着节奏闪烁。

  所以还是一个失败的设计。

Part.9 副功放——TPA3110

  这应该是整个项目最开始的地方了——一切从这里开始——属于是为了一碟醋包了一盘饺子（捂脸）

Part.6,7,8,9实拍

  这是个典型的TPA3110 单声道模式电路。我一开始是想要在最终版本中使用两个这芯片来实现2*10W的输出的（因为我手头上有很多3110），但是在测试板中由于空间因素所以只做了一个，没想到好像还有点问题……

  第一个就是输出级的电容的位置错了，正常情况下应该是放在靠近负载一端（因为这是个源端高阻抗负载端低阻抗的电路），但是我当时还不会这一个原理，随便放的。结果就是芯片的短路保护每次都触发，后来才发觉是这个电容通交惹的祸。所以不要焊接这个电容。（如果可以的话可以把电感后面的走线和旁边的地平面上的阻焊刮掉一点焊两颗电容上去以实现正常LC滤波的效果）

  第二个是输入的差分信号好像对于3110来说有点太高级了（虽然说数据手册上标了Diffrental Input是允许的），总之就是我在用差分信号时芯片总是莫名其妙的报错（也有可能是前面提到的运放电源的问题）。最后我还是把差分改成了单端(其实就是刮阻焊连地平面)才让问题缓解了一些。

  第三个就是我忘记给Plimit和GVDD设计分压网络了，所以在焊接的时候需要把他们连锡起来。

  除此之外大抵就没有什么问题了。但是它的输出效果是真的不尽人意。声音小不说（最开始是想用Plimit限制功率的，结果就算短接了，它还是好小声……），底噪还大，稍微把增益调到20dB+就不行了。这就是为什么最后我还是重新画了一块TPA3116的原因。而这个3110就用来驱动两个4Ω的高音喇叭作为补偿吧，至少还有点用处。

3.Third Test 3C锂电池保护(未使用)

实拍

  这块板子是在1号板子失效之后照着数据手册画的，主要是为了解决无法充电和电池焊盘离得太近极易短路的问题。但是到最后也没有派上用场。其中比较大的一个原因是我打算将电池保护这个任务交给单片机来控制，因为我发现大多数这种电池保护芯片的过放电保护都太低了，差不多就是单个电芯放到3.0V这样，这不早报废了吗？而充电保护也不是必要的，毕竟我是用2326这种专门的锂电池充电芯片来充。至于过流……我觉得也没有多要紧。第一次设计的时候没认真看手册，选的检测电阻太小了（5mΩ），要24安电流才能保护。像我这种三个软包串联的怎么可能有这么大的能力啊（恼），铜线都烧了都没触发。

4.Fourth Test 

  其实这一部分是在3116制作完毕之后才做的……

  1.ADS1115 & INA226

 

    这一部分是专门给单片机用的（虽然说我那个搞单片机的同学到最后也用上这玩意，因为没学会），用来检测U/I/P三个量。走线稍显生疏，有些布局的原因。

  因为原理图是抄的别人的（小声），成品焊好了也没得测试，所以就不讲太多。

2.蓝牙接收，音频通道选择&5V->3.3V(TLV62569)

  还是先把问题写在前面（捂脸）

  TLV62569的EN引脚在板子上是悬空的，因为我最开始觉得他和54302一样内部上拉，结果是没有，悬空状态下根本就不工作。所以要飞一根线到+5V拉高。

  AGND和GND之间没有连接=-=最开始是打算放个磁珠的，结果又忘了。（依然可以用刮阻焊的方式修复）

   蓝牙模块是tb上买的（M18），焊盘也是自己画，结果就是出问题了，左右镜像（捂脸），要想正常工作，天线那一面只能朝下。

 

  TLV62569这款同步Buck芯片是看到B站上一位up推荐买的。便宜皮实，绝对薄纱传统派1117，大电流，低发热，这可不是1117能比的。（就像我那个搞单片机的同学买的“面包板电源模块”，结果就是两颗1117……）

  通道选择上用的是CD4052B，因为我不太清楚对交流来说模拟开关供电是否要用正负电源，所以保留了一个0Ω电阻来测试。控制端口必须使用电阻上拉至5V，然后MCU采用开漏输出控制。因为STM32的推挽最高就3.3V，而CD4052的高电平要3.6V+，这是达不到的。

蓝牙模块来搞笑的=_-

5.TPA3116功放板

个人觉得这是这里面我最满意的一块板子了~~~

        设计上参考了B站上一个TPA3116的开源方案和芯片本身的数据手册。TPA3116算是一个非常经典的D类功放芯片了，而这块板子也算是给足了面子，算是用料最扎实的一块了。

    这块板子的输入来自前面的前级运放接线过来。所以是没有板载音量控制的，供电也非常简单。非常纯粹的一个功放板。

    美中不足的是我低估了他的发热，两个发热源——芯片本身和输出电感——双烤板子。在24V输入的时候发热很明显，必须要加散热片在芯片和电感上。同时要注意使用铝散热片要做好绝缘处理，免得与那些裸露的焊点一接就短路了。而18V的输入情况下发热就很轻，最多说是温热，被动散热足够。

    我依然保留了一个通过单片机输入电压控制功率的通道。同时通过一个运算放大器来实现电压增益满足调节需求。只是……剩下的不是我的问题了。

 

  终于是讲完了，项目本身可以说全是漏洞，但对于我来说也算是一次成长。这是我第一次发布开源，感谢屏幕前的你。如果屏幕前的你有好建议的话欢迎在评论区留言！