減小D類放大器的EMI

研究方向：

* D類放大器應(yīng)用難點

* PWM型D類放大器

* 新一代調(diào)制技術(shù)

* 欠阻尼共模響應(yīng)問題

近年來D類放大器的技術(shù)迅猛發(fā)展，最常見的莫過于應(yīng)用于每個通道低于50W的低功耗產(chǎn)品中。在這些低功耗應(yīng)用中，D類放大器相比傳統(tǒng)AB類放大器而言有效率上的先天優(yōu)勢，因為D類放大器的輸出級通常只處于導(dǎo)通或關(guān)斷，沒有中間偏壓級。然而，長久以來，這一效率上的優(yōu)勢并未使其獲得設(shè)計人員的廣泛青睞，因為 D類放大器也有明顯的缺點：器件成本高、較差的音頻性能(與AB類放大器相比)，并且需要輸出濾波。

近年來，受以下兩個主要因素的影響，這樣的局面正逐漸扭轉(zhuǎn)，使D類放大器在很多應(yīng)用領(lǐng)域引起了人們的廣泛關(guān)注。

首先，是市場需要。D類放大器的某些優(yōu)點推動了手機和LCD平板顯示器這兩個終端設(shè)備市場的迅速發(fā)展。對于手機來說，揚聲器和PTT(Push-to- Talk，一鍵通)模式需要D類放大器的高效率，以延長電池壽命。LCD平板顯示器的發(fā)展對電子器件提出了“低溫運行(coolrunning)”的需求，這是由于工作溫度的升高將影響顯示顏色對比度。而D類放大器的高效率意味著驅(qū)動電子設(shè)備時功耗更低，使LCD平板顯示器工作時發(fā)熱更少，圖像顯示效果更好。

影響D類放大器應(yīng)用的第二個因素便是自身技術(shù)的發(fā)展。根據(jù)市場需要，一些制造商改進了D類放大技術(shù)，使D類放大器具有更理想價格的同時，也具備了與AB類放大器相近的音頻性能。此外，一些新型的D類放大器輸出調(diào)制方案還可以降低實際應(yīng)用的EMI。

某些新型D類放大設(shè)計方案雖然是基于老式的PWM型結(jié)構(gòu)，但采用了更復(fù)雜的調(diào)制技術(shù)，實現(xiàn)低功耗系統(tǒng)中的無濾波工作。效率指標可以通過測試驗證，但某些設(shè)計人員仍然懷疑基于這些新技術(shù)的產(chǎn)品將存在普遍的EMC/RFI兼容性問題。實際上，良好的PCB布局和較短的揚聲器連線可以保證大大降低EMI幅射，使之滿足FCC或CE標準。

應(yīng)用難點

有些應(yīng)用中的物理布局需要長的揚聲器連線，這樣的揚聲器連線便具有天線效應(yīng)，必須嚴格控制RF幅射。實際上，揚聲器連線越長，它作為天線產(chǎn)生幅射的頻率就越低。同時，某些應(yīng)用要求EMI幅射低于CE/FCC標準，以符合汽車電子規(guī)范，或者避免干擾其他低頻電路。面對如此紛繁各異的需求，這些應(yīng)用往往成為一些難點無法克服。

最有代表性的應(yīng)用難點便是平板電視。由于揚聲器通常排列在設(shè)備的外側(cè)邊緣，往往不可避免的要使用長的揚聲器連線。如果還存在模擬視頻信號，則僅僅滿足FCC或CE的RF幅射要求還不夠(這些標準只針對30MHz以上的頻率)；往往還需要抑制開關(guān)基頻以避免干擾視頻信號。如果采用早期PWM放大器所用的傳統(tǒng)LC濾波器，則需要對其進行分析，以保證他們能有效抑制新型放大器所產(chǎn)生的高頻開關(guān)瞬態(tài)。

PWM型D類放大器

傳統(tǒng)D類放大器通?；诿}寬調(diào)制(PWM)原理設(shè)計。其輸出可以配置為單端或全差分橋接負載(BTL)。圖1為PWM型D類放大器的典型BTL輸出波形?？焖俚那袚Q時間和接近軌至軌的擺幅使此類放大器具有非常高的效率。然而，這些特性使放大器具有寬的輸出頻譜，可能導(dǎo)致高頻RF幅射和干擾。因此，采用此類方案通常需要使用輸出濾波器來抑制有害的RF幅射。

圖1.傳統(tǒng)脈寬調(diào)制(PWM)方案的波形

如圖1所示，如果器件的反相和同相輸出回路具有較高的匹配度，則兩個對稱輸出信號波形在揚聲器或連線上將具有很小的共模(CM)信號(底部的跡線)。注意：50%占空比代表零輸入信號(空閑狀態(tài))。因此，可以設(shè)計一個差分低通濾波器，用于衰減信號波形中高頻分量(快速切換所產(chǎn)生的)，同時保留有用的低頻分量以輸出到揚聲器。

新一代調(diào)制技術(shù)

隨著市場對D類放大器需求的不斷增長，一些制造商最近推出了可獨立控制H橋的兩個半橋的新一代調(diào)制方案。這一調(diào)制方案具有兩個主要優(yōu)點：

音頻信號較弱或空閑狀態(tài)時，負載上幾乎沒有差分開關(guān)信號。較傳統(tǒng)PWM設(shè)計改進了靜態(tài)電流損耗。

最小脈沖，共模(CM)開關(guān)信號有助于降低導(dǎo)通和關(guān)斷瞬態(tài)。BTL輸出引腳的空閑狀態(tài)直流電平(濾波后)接近于GND。因此，濾波元件的不匹配或雜散電容(可能導(dǎo)致放大器導(dǎo)通或關(guān)斷時出現(xiàn)音頻雜音)可減到最小。

顯然，這一新技術(shù)雖具有一些優(yōu)點，但放大器輸出將不再對稱。圖2所示的信號波形(以MAX9704立體聲D類放大器為例)具有較高的共模分量。

圖2.Maxim的MAX9704立體聲D類放大器的調(diào)制方案