音頻/視頻接口的EMI/EMC抑制
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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(shù)。
D類放大器可利用揚(yáng)聲器的線圈電感和分立電容構(gòu)成濾波器，從而省掉額外的濾波器。由于揚(yáng)聲器連線仍會輻射相當(dāng)數(shù)量的能量，這種方式僅限于內(nèi)部揚(yáng)聲器。有一種做法就是改變開關(guān)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(shí)現(xiàn)這一目的，可以調(diào)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(kuò)譜調(diào)制12，或時鐘頻率抖動。然而，頻譜擴(kuò)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(shù)的效果。
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(kuò)譜調(diào)制的作用。
對于只提供擴(kuò)譜調(diào)制功能的器件，當(dāng)輸出功率高于數(shù)百毫瓦時，超過幾英寸長的揚(yáng)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(bǔ)，隨著頻率的升高，D類放大器的輸出頻譜會降低。然而，揚(yáng)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(jìn)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(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
有源輻射限制電路設(shè)置放大器的最小脈寬，而圖5中的設(shè)計不對最大邊界進(jìn)行限制。再結(jié)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(shè)備在無任何外部濾波以及接有長達(dá)24in外部揚(yáng)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(shè)備在低壓單電源下實(shí)現(xiàn)高效率，同時具有適合耳機(jī)應(yīng)用的低功耗關(guān)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(wù)，還具有更多功能，從下文中會看到這一點(diǎn)。
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(shù)如圖7所示。從該圖中不能清楚地看出開關(guān)是如何操作的。通過驅(qū)動電路的精心設(shè)計和零死區(qū)時間控制，MAX9705 D類放大器的效率可超過85%。獨(dú)特、專有的擴(kuò)譜調(diào)制模式展平了頻譜分量，降低了連接電纜和揚(yáng)聲器產(chǎn)生的EMI輻射。在立體聲或多聲道應(yīng)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(nèi)，從而最大程度地降低互調(diào)，否則多個獨(dú)立時鐘源會產(chǎn)生互調(diào)。Maxim公司的D類音頻放大器結(jié)合了兩項獨(dú)特的技術(shù)：擴(kuò)譜調(diào)制和有源輻射限制?？梢栽凇盁o濾波器”的情況下連接長達(dá)24in非屏蔽揚(yáng)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(nèi)(圖8)。
圖7. MAX9705 D類放大器內(nèi)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(nèi)部產(chǎn)生差分輸入。
圖8. 擴(kuò)譜調(diào)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(yīng)用(圖7)。關(guān)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(yáng)聲器而無濾波器的情況下仍能滿足EMI輻射要求。
結(jié)語
MAX9511和MAX9705代表了EMI/EMC控制的先進(jìn)技術(shù)。將這些器件應(yīng)用于產(chǎn)品當(dāng)中可以有效降低EMI。不必像以前那樣依靠大尺寸外部濾波器和屏蔽等會增加成本和尺寸的方法，這些器件采用了當(dāng)今最先進(jìn)的技術(shù)，有效保證了電磁兼容性和性能。
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