¿Los capacitores de pequeño valor son efectivos en la entrada de energía del dispositivo?

Hay mucho aquí que es difícil de cubrir. Haré lo mejor que pueda, pero tenga en cuenta que estoy omitiendo cosas a propósito. Simplemente no puedo cubrir todos los temas en el espacio y el tiempo que tengo.

Tiene dos problemas principales: 1. Está basando su diseño eléctrico en viejas ideas y viejas reglas generales. 2. Está pensando demasiado en las cosas, especialmente dado el rendimiento (o la falta de él) de su chip de amplificador de audio. Repasemos tus puntos numerados:

1. Para la mayoría de las cosas, el rebote del suelo no es un problema y se puede agrupar en la categoría más grande de potencia y ruido del suelo. Este es un problema mayor cuando tiene señales de conmutación muy rápidas y/o está conmutando mucha energía. Su amplificador no está cambiando mucha potencia (solo 14 vatios) y no está cambiando rápidamente (ni siquiera está cambiando digitalmente). De lo que debe preocuparse es de asegurarse de que su distribución de energía y tierra tenga la impedancia/resistencia más baja posible entre todas las partes de su placa. Claro, coloque las tapas cerca de donde se usarán, pero no se preocupe por eso.
2. Suponiendo que tiene conexiones de baja impedancia/resistencia para alimentar/tierra en su PCB, el propósito principal del desacoplamiento en su placa será la capacitancia masiva donde la energía entra en su placa. Desea minimizar los efectos de la impedancia del cable de alimentación, y la mejor manera de hacerlo es tapar a granel donde se conecta ese cable. Por supuesto, debe poner más límites en los pines de alimentación de cada chip, pero en las frecuencias de audio esto no es tan importante.
3. Sí, el desacoplamiento filtrará el ruido de la fuente de alimentación. Sus condensadores a granel del n. ° 2, arriba, harán mucho de eso. Los componentes de su PCB en sí no generarán mucho ruido (suponiendo que haya acertado el n. ° 1).
4. Recuerde que las frecuencias de audio son solo de hasta 20 KHz, y gran parte de lo que ha leído sobre los límites de desacoplamiento y el rebote de tierra generalmente se guardan para la conmutación digital muy por encima de 1 MHz. Tienes razón, pero no importa mucho en tu caso. Casi todos los límites que usará para el desacoplamiento serán efectivos a menos de 20 KHz.

Otra cosa a tener en cuenta es que el chip de tu amplificador tiene una distorsión típica del 0,1 %. Esto es mucho más alto que cualquier mejora que esté considerando. Por ejemplo, hacer algún tipo de análisis de rebote de tierra de su PCB podría mejorar su cifra de distorsión en un 0,0001%. Pero eso significa que su distorsión total podría pasar de 0.1000% a 0.1001%. ¡Simplemente no importa!

Ahora, vamos a tus preguntas:

1. Para las tapas de desacoplamiento a granel en la entrada de alimentación, elegiría las tapas electrolíticas razonables más grandes que pueda colocar en la PCB. El tamaño exacto depende de la fuente de alimentación y de la longitud del cable. Si estuviera usando una verruga de pared sobre un cable de 6 pies, entonces querría al menos una tapa de 680 uF, o mejor aún, tres tapas de 220 uF. Subir a 1000 uF no sería excesivo. Pero si su fuente de alimentación está mucho más cerca y el cable es más corto, entonces está bien usar algo más pequeño. No iría por debajo de un solo límite de 470 uF. Una sola tapa de cerámica de 0,1 a 1,0 uF también sería buena, pero no necesaria. En cada chip TDA2030, use un límite de 100 uF y un límite de 0,1 a 1,0 uF por pin de alimentación.
2. El encendido de una placa de prueba rara vez es ideal. La inductancia de plomo de las tapas y la propia placa suele ser mucho más alta de lo que realmente desea. Poner límites a la potencia de una placa de pruebas es útil, pero nunca logrará que la potencia de la placa de pruebas sea tan buena como la de una PCB bien hecha.
3. Sí, las tapas desacopladas pueden causar oscilaciones, pero esto rara vez es un problema. La mejor manera de evitar esto es reducir la impedancia/inductancia de sus señales de alimentación y tierra en su PCB. Esto nos lleva a su diseño de PCB...

Su diseño de PCB es malo. El principal problema es que está utilizando un "fondo estelar". Los terrenos estelares son a menudo algo incorrecto de usar. Una PCB como esta, donde no se genera mucho ruido y todo está bastante cerca, una conexión a tierra en estrella no brinda ningún beneficio y, a menudo, daña las cosas.

Idealmente, lo que desea es una PCB de 4 capas donde una capa interna es un plano de tierra sólido y la otra capa interna es un plano de potencia sólido. Esto proporciona la potencia y la impedancia de tierra más bajas absolutas en toda la PCB. (En un momento te diré qué hacer en una PCB de 2 capas).

Lo que tiene es un montón de trazas individuales de energía/tierra que son relativamente estrechas y tendrán una impedancia que es mucho más alta que un plano sólido. Además, la distancia entre los diferentes componentes es grande. Por ejemplo, la ruta GND de C3 a U1.3 es tres veces más larga de lo que debería ser. Esto no solo aumentará el ruido, sino que también aumentará el área del bucle. Un área de bucle más grande aumentará su susceptibilidad al ruido de RF externo.

Tiene problemas similares en los rastros de energía. Son relativamente estrechos y largos. Esto aumentará la traza de impedancia y reducirá la efectividad de sus tapas de desacoplamiento.

La forma correcta de hacer el diseño de PCB en 2 capas es llenar el PCB con planos de cobre. La capa azul tendría el plano GND, mientras que la capa roja tendría el plano V+. Estos aviones serán "cortados" con rastros de señales, por supuesto, pero tendrá que enrutar cuidadosamente esas señales para minimizar los efectos negativos de cortar los aviones.