音頻/視頻接口的EMI/EMC抑制

作者：時間：2009-05-15 來源：網(wǎng)絡

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一般的設計拓撲無法同時解決這兩個問題。為使輸出音頻功率達到最大，便攜式應用采用橋接負載(BTL)的連接方式，此時揚聲器的兩根連線都得到有效驅動(圖5)。在D類放大器中，利用比較器監(jiān)視模擬輸入電壓，將輸入電壓與一個三角波進行比較。當三角波的幅度高于音頻輸入電壓時，比較器翻轉，同時反相器產(chǎn)生互補的PWM波型來驅動BTL輸出級的另一側。由于采用了這種BTL拓撲，輸出濾波器實際上需要兩倍于單端音頻輸出的元件數(shù)量：兩個電感(L1和L2)和兩個電容(C1和C2)。這兩個電感需要處理峰值輸出電流，因此尺寸都比較大，并占據(jù)了大部分空間。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/166964.htm

Figure 5. The active emissions limiting technique is shown in a typical Maxim Class D audio amplifier.
圖5. 典型的Maxim D類音頻放大器所采用的有源輻射限制技術。

　　D類放大器可利用揚聲器的線圈電感和分立電容構成濾波器，從而省掉額外的濾波器。由于揚聲器連線仍會輻射相當數(shù)量的能量，這種方式僅限于內部揚聲器。有一種做法就是改變開關過程，使得放大器保持高效的同時又能減少EMI，從而只需要一個小型濾波器。要實現(xiàn)這一目的，可以調制時鐘頻率，以降低基于每赫茲帶寬的能量¹¹。這種方法稱為時鐘擴譜調制¹²，或時鐘頻率抖動。然而，頻譜擴展的有效性是有一定范圍的。圖6所示的典型輻射頻譜說明了這種技術的效果。

Figure 6. The MAX9705 radiated emissions data, obtained using a MAX9705EVKIT (12-inch, unshielded twisted pair), shows the effect of spread-spectrum modulation.
圖6. 采用MAX9705EVKIT (12英寸長的非屏蔽雙絞線)得到的MAX9705輻射數(shù)據(jù)，展示了擴譜調制的作用。

　　對于只提供擴譜調制功能的器件，當輸出功率高于數(shù)百毫瓦時，超過幾英寸長的揚聲器連線就會輻射太多的能量。此時增加時鐘頻率也于事無補，隨著頻率的升高，D類放大器的輸出頻譜會降低。然而，揚聲器的連線會變得像天線一樣高效，從而抵消了任何性能上的改善。為進一步改善EMI性能，就要求改變D類放大器自身所采用的PWM波形?？刹捎靡环N稱為有源輻射限制的特定方法來實現(xiàn)這一點。

　　有源輻射限制電路設置放大器的最小脈寬，而圖5中的設計不對最大邊界進行限制。再結合交叉切換、上升/下降時間以及時鐘頻率的控制，則可以將工作過程中產(chǎn)生¹³的功率譜限制在一個給定的輸出功率電平下。這樣做的目的就是將頻譜降低到某一水平，使得設備在無任何外部濾波以及接有長達24in外部揚聲器連線的情況下，其EMI特性仍能滿足輻射限制要求。

　　我們還希望能夠獲得良好的音頻性能，為此需要大于2W的峰值功率輸出。與此同時，還希望發(fā)熱最小和最大限度延長電池壽命。因此，需要設備在低壓單電源下實現(xiàn)高效率，同時具有適合耳機應用的低功耗關斷模式。THD+N必須很低，SNR必須很高，要具有咔嗒聲抑制功能，輸入必須能與單端或差分輸入相兼容。MAX9705不但能夠完成以上任務，還具有更多功能，從下文中會看到這一點。

有源輻射限制(MAX9705)

　　Maxim公司D類放大器所采用的有源輻射限制技術如圖7所示。從該圖中不能清楚地看出開關是如何操作的。通過驅動電路的精心設計和零死區(qū)時間控制，MAX9705 D類放大器的效率可超過85%。獨特、專有的擴譜調制模式展平了頻譜分量，降低了連接電纜和揚聲器產(chǎn)生的EMI輻射。在立體聲或多聲道應用中，同步輸入可將所有放大器的時鐘頻率鎖定在800kHz至2MHz通用時鐘范圍內，從而最大程度地降低互調，否則多個獨立時鐘源會產(chǎn)生互調。Maxim公司的D類音頻放大器結合了兩項獨特的技術：擴譜調制和有源輻射限制?？梢栽凇盁o濾波器”的情況下連接長達24in非屏蔽揚聲器連線，而輻射干擾仍然保持在FCC第15部分規(guī)定的EMI限制范圍之內(圖8)。

Figure 7. The MAX9705 Class D amplifier has an internally generated sawtooth with a differential input. If a single-ended input is used, a differential input is derived internally.
圖7. MAX9705 D類放大器內部產(chǎn)生鋸齒波，并提供差分輸入。如果使用單端輸入，可由內部產(chǎn)生差分輸入。

Figure 8. The MAX9705 radiated emissions data is shown for a 24in, unshielded twisted pair in spread-spectrum modulation mode.
圖8. 擴譜調制模式下，MAX9705連接24in非屏蔽雙絞線時的輻射數(shù)據(jù)

　　除了EMI之外，音頻性能同樣非常出色，THD+D在1W時為0.02%，在2.3W時增至1%，SNR為90dB。輸入可以是差分輸入，也可以是單端輸入，提供+6dB、+12dB、+15.6dB或+20dB固定增益，可滿足任何應用(圖7)。關斷模式下功耗降至最低。此外，同步輸入允許MAX9705提供單聲道、立體聲或者多聲道高性能音頻，在連接外部揚聲器而無濾波器的情況下仍能滿足EMI輻射要求。