擴大機 PCB 設計：打造無雜訊 Hi-Fi 電路板

設計高傳真音訊擴大機 PCB 需要兼顧物理原理與現代技術。我們必須維持訊號純淨，同時確保電路板可製造。音訊擴大機電路應從純淨的電源與適當濾波開始。使用低雜訊輸入級，搭配正確偏壓與輸入耦合電容。我們將看到如何加入旁路與去耦電容的設計技巧。確保良好接地以降低哼聲。加入穩定網路，例如輸出端的 Zobel 網路。並保持訊號路徑短且與電源走線分離以降低雜訊。來看看核心挑戰。

雜訊、熱、接地——三大殺手

雜訊：假設你正在處理 GHz 等級的數位訊號，由於訊號本質會產生諧波。若任何走線的電長度恰好等於該頻率，就會形成共振。於是你無意間在 PCB 上製造了一根天線，既不需要也不想要，因而產生雜訊。同樣情況也發生在兩條數位走線平行、各自攜帶不同資訊，或把數位走線走在類比區時。

熱：功率電晶體與 AB 類輸出級會產生熱。熱管理不是開玩笑；必須遵循導熱孔、大銅箔與適當散熱片等準則。忽視熱，電路板就會教你漂移與偏壓偏移。

接地：接地就像 PCB 佈局的 Excel 表，看起來無聊，一出錯就慘了。接地不良會導致大量訊號與電源完整性問題。訊號回流路徑需要訊號地，電源 PDN 需要電源參考。能量在 PCB 介電層間以波導形式流動，而引導此波的正是走線與回流路徑。

A 類 vs AB 類 vs D 類——PCB 影響

• A 類：A 類擴大機通常最不討喜，並非表現差，而是效率低。若輸入 100 W，通常只有 20–30 % 變成音訊，其餘皆為熱。一般板子無法散掉這麼多熱，必須設計持續負載，需大銅箔、導熱孔與散熱片。

• AB 類：最常見的折衷，效率 50–70 %，熱量大幅減少。PCB 上需保持回授迴路短以降低輸出端雜訊。

• D 類：頻率成分高，因為使用 PWM 方波再濾回類比，效率高達 90 %。佈線時閘極與回流路徑要極短，並分割平面避免 PWM 電流汙染類比前端。

任何擴大機 PCB 的必要佈局規則

星形接地與接地平面策略

星形接地使用單一匯流點，讓電源回流在電源輸入附近或揚聲器回流處與類比地匯合。星形接地能有效避免音訊常見的低頻接地迴路（如 50/60 Hz 哼聲）。

優先使用連續接地平面以降低阻抗並助於散熱。若必須分割接地（類比 vs 電源），只能在單一控制點分割。通常不建議分割接地平面；最好保持連續接地，並在 PCB 上分離高頻與低頻區塊。使用保護走線與接地縫合可降低串擾。

電源去耦與走線寬度規則

將 0.1 µF 陶瓷電容放置在距 IC 電源腳 1–2 mm 內。附近再放 10 µF 大電容以應付瞬態電流。功率擴大機需低 ESR 大電容，建議使用聚合物電解或鉭電容。去耦佈線電感要低，走線短且寬，另一端盡可能就近接地或透過通孔到下一層。

電源走線依預期電流選擇適當寬度，可參考 IPC-2152 或製造商計算器：

• 小訊號電源軌（1 A）
• 揚聲器輸出 / 大電流（2–5 A）

若需將電源走線換層，使用多個並聯通孔。單一標準通孔電流有限，重焊盤下用 4–10 個通孔。

輸入/輸出走線分離以消除哼聲

哼聲是因走線不良或訊號混疊造成的串擾，有時低頻哼聲來自電源分配網路不良。將輸入走線（尤其左右聲道）遠離電源開關節點與輸出走線。

將輸入佈在內層並緊鄰接地平面以屏蔽外部干擾。差動輸入可大幅降低共模耦合，若設計可行，長遠來看是首選。

元件擺放藍圖

良好擺放就像在給組裝廠寫情書；擺放不良，板子夜晚會哭泣。

功率電晶體、散熱片與導熱孔

盡可能將功率電晶體與散熱片放在板邊，以改善氣流。若擴大 IC 為 SMD，在元件下方加導熱墊並用導熱孔陣列連至銅平面。慣例為 8–20 個 0.3–0.5 mm 鑽孔的通孔，功率越大孔與銅面積越多。

若使用熱敏電阻做偏壓補償，務必靠近功率元件放置。若感測器裝得遠，你將追尋熱幽靈。因此建議與 IC 共用散熱片並極靠近。

回授網路與敏感類比區

回授網路需實體短且靠近擴大器輸入/輸出腳位。因回授訊號從輸出回到輸入，長回授迴路會拾取高頻雜訊或電源雜訊。

敏感類比元件（運算放大器、輸入電阻、設定增益的小電阻）需遠離大開關電流。敏感類比區與大電流開關區實體分離，最好置於板子對側或以接地屏蔽。使用局部旁路並將回流接至類比地區。若需將數位訊號引入類比區，可在路徑串 10 kΩ 高阻降低能量，不影響邏輯但改善訊號完整性。

常見擴大機線路板：

以下為佈局藍圖與擺放技巧，僅為概念，非完整線路。

LM3886 / TDA7294 擴大機（通常 60–100 W，視電源與負載而定）：

• 右下：RCA 或平衡輸入端子，含輸入濾波與保護二極體。
• 中下：輸入運算放大級與增益設定電阻。
• 中上：LM3886/TDA7294 鎖在散熱區，下方有大銅箔與導熱孔。
• 左上：電源入口與大電容；到 IC V+/V− 走線要短。電容附近星形接地。
• 揚聲器輸出走底層粗走線/平面；回授回路盡量短回 IC。

D 類 TPA3116 板：

此板佈線良好，左側為輸入，右側為電源與輸出。閘極/驅動迴路與開關 MOSFET 都在 IC 內，因此回流電流緊耦合。輸出濾波器靠近揚聲器端子；PWM 節點走線短且匹配。基本走線原則：

分離類比音訊輸入與參考電壓，遠離 PWM 開關節點。類比與電源域間加鐵氧體磁珠。必加吸收器並量測 EMI。

功率擴大機專用疊構與材料

2 oz 銅、厚板與鋁基板選項

外層 2 oz 銅是功率擴大機的極佳預設值，可降低走線電阻，也有助散熱，但成本明顯增加。更高電流可用 4 oz，或加寬走線。若選厚銅，請用高 Tg FR-4。若需彈性或空間受限，可用聚醯亞胺軟板區段。

若需透過 PCB 散熱，IC 直接焊在板子上，鋁基板（MCPCB）值得考慮。它們提供優異散熱，JLCPCB 價格與 FR4 相當。

防焊與絲印技巧，打造乾淨成品

大銅箔區域的防焊開窗要謹慎，避免SMT 組裝回流時意外焊料堆積。絲印標籤需標示電源軌、揚聲器極性與保險絲位置。加極性標記與元件方向箭頭，方便電解電容與 IC。

測試與除錯你的擴大機 PCB

首次上電安全檢查清單

1. 目視檢查：無焊橋、反裝、缺焊墊。
2. 空載上電：用限流電源設安全電流（如 100–500 mA），逐步升壓，有助首次故障偵測。
3. 避免冒煙：備好熱像儀或紅外溫度計，在走線變爆米花前發現熱點。
4. 測量電軌：接揚聲器前先確認 V+、V− 與偏壓。
5. 接假負載：首次測試用 8–16 Ω 電阻代替揚聲器。

振盪偵測與快速修復

振盪常以輸出端高頻雜訊呈現。用示波器探棒觀察輸出與輸入。可透過以下方式抑制：

• 縮短回授走線。
• 在放大器輸入串 2–10 Ω 小電阻，隔離容性負載。
• D 類在 MOSFET 兩端加 RC 吸收器，或運算放大器回授電阻並補償小電容。
• 電源腳加鐵氧體磁珠阻擋高頻能量。

結語

本文涵蓋擴大機 PCB 設計的注意事項與禁忌。這是電氣理論與佈局工藝的美妙結合。只要控制三大殺手：雜訊、熱、接地，多數問題可透過良好元件擺放與接地縫合解決。基本檢查：

在主晶片周圍設計並擺放良好的去耦網路。自行設計時，尤其是 D 類擴大機，輸入可考慮使用 50 Ω 線，雖非高頻訊號，但為良好習慣。電源與數位區至少距離 20 H，牢記此規則。現在可以開始了。持續設計，若有幫助別忘了標註 JLCPCB。