Praxistipp: Class D Verstärker (PAM8406) - Noise, Rauschen

Beim Durchlesen des Forums bin ich in mehreren Threads auf ein altbekanntes Problem gestoßen:
Class D Verstärker und digitales Rauschen, Plopps, Noise, etc…
Kurzum (und schwer vereinfacht): Es handelt sich hierbei um einen Effekt der bei allen Differentialverstärkern der Gruppe Class D auftritt, wenn sich Analog und Digital eine Masse teilen.
Die angebotenen Lösungsvorschläge im Netz (als auch hier) sind an Kreativität, Kosten und Umfang nicht zu überbieten (zwei separate Stromversorgungen sind mein absoluter Lieblings „workaround“)…, jedoch was bei dem einen das Allheilmittel ist, funktioniert bei dem anderen schlicht und einfach nicht. Man muss sich schon verdammt gut bei der Konzeption des Layouts der Platine und der Bauteile auskennen, digital und analog waren immer schon Feinde :slight_smile:
Auch ich habe dutzende Lösungswege ausprobiert und habe da die einfachste Möglichkeit übersehen:

  1. man nimmt keinen Class D Verstärker (Das allseits beliebte PAM8403 Modul ist gepaart mit dem Suchbegriff „digital noise“) - hierbei reicht schon der Schritt zum nächsten Chip: PAM8406 (5Watt und Class-D ODER Class-AB ) - gibt es auch total billig in Modulform und vorhandene PAM8403 Module können (mit kleinen Modifikationen) mit diesem bestückt werden (Pin-Kompatibel)
  2. Soll sich doch das digitale Rauschen selbst „rausdifferenzieren“ (das war die sehr vereinfachte Erklärung :wink: ): Dazu benötigt man einen Chip mit VREF wie den PAM8403 oder PAM8406 und ; wichtig! ; eine MP3-Platine mit „GBUF“ (common buffer, gemeinsame Masse). Die VS1053 Platine hat diesen. Jetzt muss nur noch VREF via eines Kondensators (1uf reichen völlig) an den GBUF angeschlossen werden und das digitale Rauschen löscht sich von selbst (noch mehr vereinfachte Darstellung :wink: )
    Dazu Schematics plus Infotext z.B. hier:
    http://esp8266-server.de/Internetradio.html
    PS: Ich weiß jetzt nicht, ob das mit dem DF-Player funktioniert, ich fürchte, dass auf der Platine die analoge und digitale Masse miteinander verbunden ist. Edit: Hab mit das Datenblatt durchgelesen - es gibt leider auf der DF-Platine echt kein analog-Ground… aber mit dem 3W Verstärker ist man sowieso bestens bedient.
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Hi Madias,
vielen Dank für die ersten Ausführungen. Es wäre auf alle Fälle toll, wenn man Lösungen für den DF Player mit einem Verstärker erabeiten könnte.
Leider habe ich deinen Edit / Ergebnis diesbezüglich nicht ganz verstanden.

Fazit ist, dass man mit ziemlicher Sicherheit digitalen Noise bekommt, wenn man den DF Player direkt am PAM8403 anschließt und die 3W vom DF-Player auch ausreichend sind (der PAM8403 hat 5W - da ist der hörbare Lautstärkenunterschied nicht wirklich hoch).
Grund: Es wurde digitale und analoge Masse zusammen verbunden (auf der DF Player Platine) und das ist Bockmist. Man könnte am RX Pin des DF-Players einen 330R Widerstand löten

Danke Madas,
Hintergrund meiner Rückfrage ist, dass auch wenn der PAM8406 möglicherweise in vielen Szenarien nicht sinnvoll ist, das Problem ja auch in anderen Konstellationen auftritt und wie von dir geschildert schon ein Designfehler am DFPlayer ist, die Massen nicht zu trennen.
Ich suche aktuell nach einer Lösung die typischen Bluetooth/AuxIN Würfel/Soundboxen minimalinvasiv mit TonUINO zu erweitern. Oft haben die einen 5v USB Port oder intern 3,3V oder 5V anliegen. Dort würde ich gerne den TonUINO anschliessen und die typischerweise externe AXU-IN Buchse deaktiveren und intern an den TonUINO legen.
Wenn ich dich richtig verstanden habe wird das dann alle externen Verstärker dieser Art betreffen oder? Ist das sowohl beim Speaker out als auch bei den DAC Outs so?
Und gibt es ne Möglichkeit am DFPlayer etwas zu modfizieren?

Kurze rudimentäre Antwort um 00:14:
DF-Player Platine kann nicht modifiziert werden. Pins abzulöten, anzuheben und mittels dünnen Fäden zu überbrücken kann nicht die Lösung sein.
Wenn ein externer AMP im Spiel ist, bitte immer die DAC Ausgänge verwenden.
PAM8406 (den hast du doch eh gemeint und nicht den PAM8403 - es gibt keinen vernünftigen Grund den 8403er zu verwenden) in Class AB Modus versetzen—> Datasheet. Achtung: Manche Module haben den „Mode“ Pin fix verlötet. Mit diesem hier habe ich erfolgreich experimentiert (Mode und andere Pins sind per Lötpin zugänglich): https://www.aliexpress.com/item/32834307781.html
Bluetooth Module mit DC/DC Filtern anschließen: https://www.aliexpress.com/item/32837724479.html

Brachialmethode wäre immer noch die Eingangskanäle mittels Multi-Stereo-Drehschalter zu routen: https://www.musikding.de/Drehschalter-2-Pole-6-Stellungen-offen - Viel Spass bei der Pin Zuordnung :wink:
Oh, wait: Eigentlich gefällt mir diese einfache Lösung sogar echt gut :slight_smile:

Hi Madias,

  1. Achtung, hab mir gerade die Specs vom PAM8406 angeschaut. Bei 4Ohm und 8Ohm hat der die exakt gleichen Power-Specs wie der PAM8403. Nur werden beim ihm auch 2Ohm angegeben und dann logischerweise 5W angegeben. Aber das sind eh alles Werte bei 10% THD+N.
    Bei niedrigen THD+N Werten sind es bei beiden PAMs eben nur 1,6/2,5W
    https://www.diodes.com/assets/Datasheets/PAM8403.pdf
    https://www.mouser.at/datasheet/2/115/PAM8406-247303.pdf
    Leider habe ich noch kein Datenblatt vom DF Mini gefunden um zu vergleichen.

  2. Trotzdem scheint der PAM8406 ja wegen des AB Modus der Interessantere der beiden zu sein. Bei einem stationären Netzbetrieb spielt auch der höhere Verbrauch und Hitzeentwicklung vielleicht nicht so eine Rolle, wenn dafür kein/wenig Noise, Rauschen auftritt. Ist doch ein Versuch wert. Auf Seite 7/8 zbw 9/10 sind auch noch mal (die wichtigsten) Application Notes. Weißt du, ob die chinesichen Hersteller das bei Ihren Miniboards beachtet haben?

  3. Vielen Dank für den Link mit dem DC/DC Filter. Das Verständis kommt nur langsam bei mir. Gleich mehr.

  4. Ich will aber eigentlich keine Bluetooth Module anschließen, sondern umgekehrt, fertige (Bluetooth) Soundboxen mit typischem AudioIn/LineIn benutzen um daran den TonUINO anzuschliessen. Und nachdem diese fix und fertig sind, haben sie auch einen (unbekannten) Verstärker drin. Jetzt suche ich nach allg. gültigen Best Use Practice wie ich den TonUINO mit möglichst wenig Nebengeräuschen einbaue.
    Aus deinen Ausführungen schließe ich:

  • Externe Verstärker immer per DAC und LautsprecherAusgang am DFMini anschliessen: Check!
  • Einen kleiner 70 Cent DC/DC Filter wäre da kein Problem um zw. der Spannungsquelle des Arduinos/DFMini zu löten.

Danke für den Hinweis mit PAM8403/06 (das mit den 2W Boxen).
Ich selbst habe den PAM8406 auf meiner eigenen Platine am Laufen ( https://easyeda.com/editor#id=9577316adaf84986b27e58e0ab0c381c|3a6b176cbef04bc5a9b370e1330ce1a6) - die habe ich nach dem Referenzdesign nachgebaut . Davor hatte ich erfolgreich das von mir verlinkte Modul getestet - bei dem rauschte nichts! FB-CAP filter fehlen halt, also wenn du dir keine Sorgen bzgl. EMI machst, dann ist es vernachlässigbar. (CE Zeichen wirst du halt keines bekommen :wink: )
Genau: Ich würde die Spannungsversorgung des Arduino + DF-Players über den DC/DC Filter lösen, damit geht man auf Nummer sicher (bei 70 Cent eigentlich keine Überlegung - ist so quasi mein Referenzdesign :wink: -> immer nur beachten, dass 1 Watt nicht überschritten werden).
DAC Out des DF-Players direkt ans Line-In.
Die einzige Frage, die ich mir stelle ist, welche Masse man an Line In anschließt (da fehlt mir eben AGND…) da musst du leider rumprobieren, würde es mal mit der gemeinsamen Masse AGND/DGND des DF-Players probieren.

Aja, habs gefunden: Das ist das Referenzboard von Diodes selbst: (PAM8403/06 ist ja fast ident)


Somit musst du nicht meinen Schaltplan lesen.

Hmm sehe gerade, dass der PAM8406 auch Stereo ist. Sind das dann 2x5W oder 2x 2,5 W.

Ja habe ich eben schon gelesen was du da noch am Start hast. Habe erst vorgestern und gestern mit dem TonUINO gestartet und erst mal einen nackten ohne alles aufgebaut und fand das Hintergrundrauschen schon nicht so tolle. Wenn jetzt noch externe Verstärker und der hier im Forum beschreibene Noise wegen allerlei Probleme kommt… Vielleicht ist deine Kombi Löten kann ich ganz gut, nur an der Software will ich nicht viel schrauben müssen. Mal schauen. Der Winter wird lang.

Andere Frage: Der Nuclear Football benutzt den PAM8302, oft wird der PAM8403 genutzt, du empfiehlst den PAM8406. Wie viele Amplifier hat Diodes denn am Start und warum sollte man welche nehmen.

Naja, ganz einfach: Der PAM8302 ist nur mono. D.h. zwei Lautsprecher: PAM8403 oder 06. Da der 06er kaum bis nicht teurer ist und mehr Features hat, fällt die Wahl leicht.
Bei meinem Projekt ist die Firmware seit gestern auf Status „Release“. Man kann mit dem ST-LINK Tool die Software als Binary direkt auf den STM32 spielen, wenn man nichts ändern oder compilieren möchte. D.h. ich kann auch immer die Binaries zum Download anbieten - kein Problem. Ansonsten ist es halt echt eher fortgeschritten, da man sich mit den Teilen auskennen muss, Platine selbst bestellen usw…

Stimmt natürlich. Aber meine Frage zielt auch darauf ab, ob Diodes bei den Stereoverstärkern die Watt pro Kanal angibt oder ob das in Summe zu verstehen ist. Irgendwie bin ich blind. Das muss doch auf den Datasheets irgendwo stehen. Ich lese immer nur sowas wie „The PAM8406 is a 5W audio amplifier“ und nicht wie sonst oft „is a 2x 5W stereo amp“. Es steht bei den Diagrammen auch nirgends „per channel“ oder ähnliches.

PAM8406 = 2x2.5W
Datasheet Seite 8, Figur 17: „output power vs power supply“ -> max 5,5W.

Keine Ahnung, warum immer alle 2x5W schreiben, für mich ist das Datenblatt ziemlich klar -auch der PAM8403 wird als 2x3W angepriesen. Steht ja auch unter „Po Output Power“

Hmm, eben gesehen: Differential Input to eliminate Noise with Class D


Könnte uns das helfen?
Ich meine beim MiniPlayer ist das Kind schon in den Brunnen gefallen, aber bei anderen Hardware Szenarien
Ausserdem geht das Video auch darauf ein was bei einem CSR Bluetooth Addon Board nicht optimal gelöst ist.

Prinzipiell hab ich kein Rauschen mehr. Verwende für meinen TAG::gy ja das VS1053 Modul, wo ich den GBUF Pin mit VREF verbinde -> siehe „Schaltplan analoges Teil“ http://esp8266-server.de/Internetradio.html
Ansonsten verwende ich die Bluetooth Module erfolgreich damit: https://www.aliexpress.com/item/32837724479.html

Somit hab ich das Problem endgültig für mich gelöst. Aja: Wie im Video (konnte es nur ohne Ton ansehen): Gerade bei SMD Pins überbrücken ist eine völlig üble Idee, da diese Verbindungen aufgehen werden, v.a. in Produkten, die Kinder verwenden. Spreche leider aus Erfahrung, da ich 10 Platinen mit Fehlern habe/hatte, wo ich überbrückt habe (Pin heben, Draht an SMD Widerstand,…). Resultat: Mangelhaft. Wegwerfen. D.h. von Anfang an vermeiden