D級パワーアンプIC PAM8320を使用した基板を作ってみた

Diodes Inc社の小型デジタルアンプ（D級アンプ）ICの基板をいくつか作りましたが、より出力電力の大きいPAM8320というICがあることを知りました。

調べてみると、PAM8320をつかった基板モジュールなどは、現時点ではあまり売られていないようなので、基板を作ってみることにしました。

PAM8320について
回路図
部品リスト
KiCADで基板設計
参考リンク

PAM8320について

PAM8320の主な仕様

電源電圧：4.5V～15V
入力仕様：シングルエンド、アナログ入力
出力電力：モノラル 20W（4Ω負荷、電源12V時、THD+N=10％）
　　　　　モノラル 15W（4Ω負荷、電源12V時、THD+N=1％）
効率：約95％（出力電力10W、8Ω負荷時）
スイッチング周波数：300kHz
パッケージサイズ：SOP-16 EP（裏面放熱パッドあり）

ICの入手先について

PAM8320は、秋月電子では現時点で取り扱い無く購入することができません。

・共立エレショップ（Farnell取り寄せ品）：https://eleshop.jp/shop/g/g3367487/
・マルツオンライン：https://www.marutsu.co.jp/pc/i/2709420/
などで購入することができます。

デジキーでも取り扱いある様ですが、現在在庫なしとなっています。
https://www.digikey.jp/ja/products/detail/diodes-incorporated/PAM8320RDR/4570619

回路図

今回の回路図は下記になります。

基本はデータシート、およびPAM8320純正の評価ボードの回路を参考にしています。

ゲイン計算について

ゲインは下記の式で計算することができます。（データシートより）

Rxは外部抵抗で、今回の回路図ではR3のことです。
ここが0Ωのとき、ゲイン最大の20倍（26dB）となります。

R3の抵抗値とゲインの関係を、下記の表にまとめてみました。

R3(kΩ)	ゲイン(倍)	ゲイン(dB)
0	20.00	26.02
1	19.32	25.72
4.7	17.17	24.70
10	14.81	23.41
33	9.28	19.35
100	4.44	12.96

今回は、R3の値は10kΩ（ゲイン14.81倍）で製作してみます。

入力カップリングコンデンサについて

入力カップリングコンデンサ（C3）の容量と、PAM8320の入力抵抗（40kΩ）により、カットオフ周波数は下記の式で計算できます。

・カットオフ周波数Fc＝1/(2π×Ri×C3)

ここで、RiはPAM8320の入力抵抗40kΩとゲインを調整する外部抵抗R3を足したものです。

外部抵抗R3が無し（0Ω）の時、カットオフ周波数が最悪条件（高め）になります。

R3無し（0Ω）の時のカップリングコンデンサ（C3）の容量・カットオフ周波数の計算例を下記の表にまとめてみました。

C3（μF）	カットオフ周波数（Hz）
0.22	18.1
0.47	8.5
1	4.0

また、R3が10kΩの場合は下記の表のようになります。

C3（μF）	カットオフ周波数（Hz）
0.22	14.5
0.47	6.8
1	3.2

0.22μFでも問題なさそうですが、今回は0.47μFで製作してみます。

今回は基板サイズに余裕があるため、カップリングコンデンサは積層セラミックコンデンサではなく、フィルムコンデンサを使用する想定としています。

VCLANP、VCMのコンデンサについて

VCLAMP端子（7pin）に接続するコンデンサは、ブートストラップ用の内部生成電圧源用で、容量1μF、定格25V以上とされています。

VCM（4pin）は内部アナログ基準電圧端子です。

VCMコンデンサの容量は、電源ON・シャットダウン状態からの復帰時の起動時間に関わるとのことで、データシート上では0.47μF以上が推奨されています。（ポップノイズ抑制にはあまり関係ないと記載あります）

また、基準電圧の高周波ノイズ除去の機能もあります。

いずれも最短でチップセラミックコンデンサを接続するようにしていますが、お試しでC1、C5でリード部品のフィルムコンデンサなども接続できるようにしています。

出力のEMIフィルタについて

以前作成した、PAM8403/PAM8406のデジタルアンプ基板に使用した三端子タイプのEMIフィルタ（ムラタ　DSS1NB32A221Q55B）を、今回も使ってみました。

D級パワーアンプIC PAM8403/PAM8406を使用した基板を作ってみた

秋月電子で買える小型8ピン面実装オーディオアンプICの基板を全部作りたい。今回はDiodes Inc社のデジタルアンプ（D級アンプ）IC、PAM8403の基板を作ってみました。PAM8403は16ピンでのICですが、1個あたり2回路入りです...

これを使用する場合、C19～C20のコンデンサは接続不要です。

C21は実験的にお試しでパターンを入れています。（ノーマルモードフィルタとしての機能を期待）

シャットダウン端子について

シャットダウン端子（SDN、2pin）は、通常動作時はAVCC電源にプルアップ抵抗で接続しています。

J1端子の3-4ピン間をショートして、SND端子をGNDに接続することでシャットダウン状態になります。（出力ミュート、低消費電流）

※プルアップ抵抗に電流が流れるので、待機電力は少し増えます。

ミュート端子について

ミュート端子（MUTE、12pin）は、プルダウン時に出力ONとなります。シャットダウン端子とは逆ですね。

J1端子の5-6ピン間をショートして、MUTE端子をAVCC電源に接続することでミュート状態となります。

部品リスト

今回の部品リストは下記になります。

品名	参照名	数量	数値・仕様	規格・フットプリント
アンプIC	U1	1	PAM8320RDR	SOIC-16_3.9×9.9mm_P1.27mm 入手先は上記参照
抵抗	R1,R2	2	10kΩ	アキシャルリード DIN0207、L6.3mm_D2.5mm P2.54mm（縦向き）
抵抗	R3	1	10kΩ	アキシャルリード DIN0207、P10.16mm 1/4Wサイズ
抵抗	R4	1	4.7Ω	アキシャルリード DIN0207、L6.3mm_D2.5mm P2.54mm（縦向き）
コンデンサ	C1,C5	未使用（2）	1μF	※カップリングコンデンサフィルムコンデンサ L9.0mm、W6.4mm、ピッチ5-7.5mm 秋月電子：109792など ※C2,C7のチップセラミックコンデンサの代わりのディスクリート部品
コンデンサ	C2,C7, C14,C15	4	1μF	チップ積層セラミックコンデンサ 1608サイズ秋月電子：130397など
コンデンサ	C3	1	0.47μF	※カップリングコンデンサフィルムコンデンサ L9.0mm、W6.4mm、ピッチ5-7.5mm 秋月電子：109791など
コンデンサ	C4	1	100μF	電解コンデンサ直径：5.0mm、ピッチ2.50mm 秋月電子：117877など（25V耐圧）
コンデンサ	C6,C11, C12	3	10μF	チップ積層セラミックコンデンサ 3216サイズ秋月電子：130977など(耐圧35V)
コンデンサ	C8,C9, C10	3	0.1μF	チップ積層セラミックコンデンサ 1608サイズ秋月電子：116143など
コンデンサ	C13,C16	未使用（2）	1μF	セラミックコンデンサ D5.1mm_W3.2mm_P5.00mm 秋月電子：108150など ※C14,C15のチップセラミックコンデンサの代わりのディスクリート部品
コンデンサ	C17,C18	2	470μF	電解コンデンサ直径：8mm、ピッチ3.5mm 秋月電子：117883など（25V耐圧）
コンデンサ	C19,C20	未使用（2）	220pF	セラミックコンデンサ D5.0mm_W2.5mm_P5.00mm 秋月電子：108106など ※FL1,FL2にフェライトビーズを使用する場合に接続
コンデンサ	C21	未使用（1）	100pF	セラミックコンデンサ D5.0mm_W2.5mm_P5.00mm 秋月電子：108063など ※オプション
EMIフィルタ	FL1,FL2	2	ムラタ DSS1NB32A221Q55B	2.5mmピッチx3ピンムラタ、DSS1シリーズ秋月電子：110274
ピンヘッダ	J1	1	6pin 2.54mmピッチ	2.54mmピッチピンヘッダ 1列×40（折って使う前提）秋月電子：100167
ピンヘッダ	J2,J3	2	2pin 2.54mmピッチ	2.54mmピッチピンヘッダ 1列×40（折って使う前提）秋月電子：100167