TI製TPA3118D2を使用したデジタルアンプ基板の製作

はじめに
回路図
部品リスト
基板レイアウトと完成予想3D
届いた基板

はじめに

アナログ半導体天下のTexas Instruments（TI）製、TPA3118D2を使用したデジタルアンプ基板の製作を行いました。

このD級アンプICは秋月電子で350円で購入でき、PBTLモードで動かすことでモノラルですが2倍の出力(60W)になるため、昔から興味がありました。

そして、中華D級オーディオアンプでもこのシリーズのICはよく採用されており、格安オーディオとしての実績も十分です。
むしろそれらが安すぎて（基板モジュールだとAmazonで数百円です。）作る意味があるのかと自問自答していましたが、連休中暇だったので基板を作ってみることにしました。

回路図

回路図はデータシートを参考にしてます。また、後継としてTPA3156D2というICもあるようで、この評価ボードも参考にしました。なので、TPA3156D2を載せても動くはずです。

せっかく作るので、格安基板の様に全てセラミックコンデンサではなく、音質に影響有るとされる出力フィルタ回路や入力カップリングコンデンサなどに大きめのフィルムコンデンサを使えるようにしてみました。

動作はPBTLモード前提なので、基板1枚でモノラル動作になります。入力信号は差動入力で、シングルエンド入力の場合はVin-とGNDをショートさせます。電源電圧は単電源12V～24V辺りを想定してます。

また、チップ部品でも試せるようにパラで部品パッドを配置しています。貧乏性の悪い癖です。スイッチング周波数や、変調モードをジャンパで変更して実験できるようにしています。

格安基板モジュールとの比較は、、、今のところ予定しておりません。
また、まだ組み立てて動作確認出来ていませんので参考程度に見てください。

部品リスト

品名	参照名	数量	数値・仕様	規格・フットプリント	備考	購入先(コード)	単価（2020.5時点）	小計（円）
抵抗	R1	1	1k	1608サイズ	例:RC0603J1K ±5%、1/10W、50V	秋月電子、R-14122	0.196	0.196
抵抗	R6	1	OPEN	1608サイズ			0	0
抵抗	R7	1	5.6k	1608サイズ	例:RK73B1JTTD562J	共立電子、ABO36X	5	5
抵抗	R2, R3, R4, R5, R8, R10, R12	7	100k	1608サイズ	例:RC0603J100K ±5%、1/10W、50V	秋月電子、R-06104	0.2	1.4
抵抗	R9	1	3.3	1608サイズ	※3.3Ωを売ってる場所が見つからないのでとりあえず0Ω(ジャンパ)で	–	0	0
抵抗	R11	1	4.7k	1608サイズ	※SYNC端子を使わない場合不要例:RC0603J4K7 ±5%、1/10W、50V	秋月電子、R-14121	0.196	0.196
抵抗	R13	1	2.2k	アキシャルリード(DIN0207） 1/4Wサイズ	例:MF1/4CC2201F	秋月電子、R-03383	3	3
抵抗	R14, R15	2	3.3	アキシャルリード(DIN0309） 1/2Wサイズ	※1/4Wでも良いかも ※R16,17と排他(注:C32,33とペア) 例:CF25J3R3B 例:酸化金属抵抗1W3.3Ω、共立電子、4CD134	秋月電子、R-14269	1	2
抵抗	R16, R17	0	3.3	3225サイズ	※R14,15と排他(注:C34,35とペア)			0
コンデンサ	C1, C2	0	1u	フィルムコンデンサ D13.0mm_W6.5mm ピッチ5～10mm	入力カップリングコンデンサ ※C3,4と排他、もしくはパラ例:MEM105J101RB-5	秋月電子、P-14602	40	0
コンデンサ	C3, C4	2	1u	3216サイズ	入力カップリングコンデンサ ※C1,2と排他、もしくはパラ例:25MU105MA23216	秋月電子、P-07397	70	140
コンデンサ	C5	1	1u	3216サイズ	例:25MU105MA23216	秋月電子、P-07397	70	70
コンデンサ	C17, C18	2	1u	3216サイズ	電源デカップリング例:25MU105MA23216	秋月電子、P-07397	70	140
コンデンサ	C6	1	0.01u	1608サイズ	例:CM105W5R103K50VAT	秋月電子、P-13399	1	1
コンデンサ	C7	0	1u	1608サイズ	※C5と排他、もしくはパラで1μF 例:GRM188R71E105KA12	秋月電子、P-14526	5	5
コンデンサ	C8, C12, C13	3	0.1u	1608サイズ	例:GRM188F11H104ZA01、村田	秋月電子、P-13374	2.5	7.5
コンデンサ	C9	1	47p	1608サイズ	※SYNC端子を使わない場合不要例:GRM1882C1H470JA01	秋月電子、P-05439	2.5	2.5
コンデンサ	C10, C11	2	1000p	1608サイズ	例:GRM1882C1H102JA01	秋月電子、P-09285	1.8	3.6
コンデンサ	C14, C15, C16, C19	4	0.22u	1608サイズ	例:GRM188B31E224KA87 ※本当はX7R品を使いたい	秋月電子、P-05622	1	4
コンデンサ	C20, C21, C22, C23	4	470u	電解コンデンサ直径：12.5mm ピッチ3.5～5mm	例:35ZLH470MEFC10X16	秋月電子、P-02719	40	160
コンデンサ	C24, C25	2	0.68u	フィルムコンデンサ D13.0mm_W6.5mm ピッチP5～P10mm	※C26,27と排他、もしくはパラで0.68μF 例:MTFFA0050J68(日精電機,50V,0.68μF)	共立電子、G5612N	72	144
コンデンサ	C26, C27	0	0.68u	3216サイズ	※C24,25と排他、もしくはパラで0.68μF			0
コンデンサ	C28, C29	2	1000p	フィルムコンデンサ D9.0mm_W4.0mm ピッチ5～7.5mm	※C30,31と排他、もしくはパラで1000pF 例:MEM102J101RB-5	秋月電子、P-14587	15	30
コンデンサ	C30, C31	0	1000p	3216サイズ	※C28,29と排他、もしくはパラで1000pF 例:100ST102MA13216	秋月電子、P-06736	70	0
コンデンサ	C32, C33	2	0.01u	フィルムコンデンサ D9.0mm_W4.0mm ピッチ5～7.5mm	※C34,35と排他例:MEM103J101RB-5	秋月電子、P-14592	15	30
コンデンサ	C34, C35	0	0.01u	3216サイズ	※C32,33と排他例:100MU103MA13216	秋月電子、P-12593	70	0
ダイオード	D1	1	SK54	DO-214AB	ショットキーバリア ※電源逆接防止用、不要ならショートで	秋月電子、I-04128	20	20
LED	D2	1	LED	直径5mm 赤色	例:OSR7CA5111A	秋月電子、I-04781	15	15
D級アンプIC	IC1	1	TPA3118D2DAP	32pin HTSSOP	ステレオD級パワーアンプIC	秋月電子、I-10720	350	350
コネクタ	J2	1	–	3pin 5.08mmピッチ	汎用端子台	秋月電子、P-01307	30	30
コネクタ	J3, J9	2	–	2pin 5.08mmピッチ	汎用端子台	秋月電子、P-01306	20	40
ピンヘッダ	J4, J5, J6, J7	4	–	ピンヘッダ 1×3pin 2.54mmピッチ	動作設定ジャンパ用例：PH-1x40SG(40pin)を折って使用	秋月電子、C-00167	2.625	10.5
ピンヘッダ	J1, J8	2	–	ピンヘッダ 1×2pin 2.54mmピッチ	ミュート、クロック信号用例：PH-1x40SG(40pin)を折って使用	秋月電子、C-00167	1.75	3.5
インダクタ	L1, L2	2	10u	面実装インダクタ12.3mm角またはスルーホール 5、7.5、12mmピッチ	スミダ:CDRH127/LDNP-100MC	秋月電子、P-13965	120	240
トランジスタ	Q1	1	2SC1815	TO-92(NPN_ECB)	ミュート用	秋月電子、I-00881	10	10
テストポイント	TP1, TP2, TP3, TP4	4	テストポイント	ドリル径φ1	チェック端子(黄色)	秋月電子、P-07592	20	80
ジャンパピン	–	4	–	2.54mmピッチ、2極	黒色	秋月電子、P-03687	4	16

部品代は基板を除いて約1565円です。また、単価は1個当たり（セット入りで余る分は考慮していません）なので、実際の支払い金額はこれより多くなります。

※リストに記載している部品は、実際の製作例では家に転がっていた別の部品を使用して製作する可能性がありますのでご了承ください。

基板レイアウトと完成予想3D

基板サイズは秋月電子のユニバーサル基板Bタイプ(95mm×72mm)に合わせて設計しました。
せっかく作るので小型化なんてクソくらえで作ろうと思ってましたが、音質に関係なさそうな部分はチップ部品に頼ってしまいました。

ヒートシンクは不要とは思いますが、一応データシートに乗ってる純正のものを載せられるように穴を設けてみました。（ATS-TI10P-521-C1-R1、マルツ・Digi-Keyで売ってます）ただ、、、取付穴を恐らくミスっており、穴を広げる必要があるかもしれません（たぶん~~ヒートシンク側はM4ネジ~~に対して、基板の穴がφ3.2です。）
KiCADのデフォルトで有った、大きい穴周りに一周小さいビアがあるやつがカッコよくてつい採用してしまいました。（言い訳）

【追記】
ヒートシンクを試しに1個購入してみました。ネジ穴のピッチや取り付け穴径は問題なさそうです。
ヒートシンクのネジ穴は、＃4-40のユニファイ並目ネジ（UNCの40山、直径約2.8mmくらい）になります。

ネジ穴深さは6.5mmなので、基板の板厚（1.6mm）を足すとネジ長さは5mm～7mm程度にしたいですね。8mmだと底突きしちゃう恐れがあります。
そして＃4-40のネジがどこにも売ってないので探さねば…（Amazonでは買えるようです）