中心議題：
- 如何提升D類放大器的EMI性能
解決方案：
- 調(diào)制拓?fù)?/strong>
- 擴頻調(diào)制技術(shù)
- 有源輻射限制
D類放大器以其超高的效率吸引著廣大設(shè)計工程師的青睞，從而在電池供電的各種電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，只要在系統(tǒng)中采用D類放大器，設(shè)計師們可能都必須在以下幾個方面采取折衷，主要包括EMI干擾，實現(xiàn)復(fù)雜度高，以及需要較多的外部元器件而導(dǎo)致的成本過高等問題。
對于EMI問題，這是由于D類放大器的開關(guān)特性所導(dǎo)致的固有特性。對于不同的應(yīng)用來說，可能對EMI性能的需求是不一樣的。在許多應(yīng)用中這是一個極為關(guān)鍵的指標(biāo)。針對這一問題，器件提供商一直都在尋求解決方案。在第十四屆國際集成電路研討會暨展覽會深圳站春季展上，IC巨頭Maxim公司展出了一系列超低EMI干擾的新型D類放大器。
該系列器件之所以能夠取得極好的EMI性能，主要在于我們采取了3項專利技術(shù)，他們分別是特殊的調(diào)制拓?fù)浞桨浮U頻調(diào)制技術(shù)和有源輻射限制技術(shù)，該公司的多媒體業(yè)務(wù)部門的音訊產(chǎn)品業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理Roderick Hogan介紹道。
調(diào)制拓?fù)?/strong>
在傳統(tǒng)的D類放大器中，采用的是PWM調(diào)制技術(shù)，這種技術(shù)以高效率著稱，但問題是其內(nèi)在的高速開關(guān)特性，產(chǎn)生了大量的EMI干擾，即便是采用非常考究的濾波器來濾除這些干擾，也無法滿足足夠的EMI性能，還有一個問題就是較差的音質(zhì)問題。
為了改善這個問題，Maxim采用了全新的調(diào)制拓?fù)浞桨福@種調(diào)制方案中省去了包含體積頗大的電感器的濾波器，稱作為無濾波調(diào)制技術(shù)，該公司的MAX9700系列就屬于這類器件。其調(diào)制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1： MAX9700無濾波D類放大器的調(diào)制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
根據(jù)Roderick Hogan的介紹，在這種調(diào)制結(jié)構(gòu)中，比較器基準(zhǔn)采用鋸齒波，與音頻輸入進行比較。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中采用雙半橋?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)，每個半橋中都有自己的比較調(diào)制器和放大器，這種設(shè)計使得兩個輸出同時導(dǎo)通時間最短。從而保證了很低的功耗，特別是由于雙半橋的采用，利用同芯片的一致性，實現(xiàn)了完美的對稱差分結(jié)構(gòu)，使得共模干擾信號得到較好的抵消，徹底省去了外部的LC地通濾波器，降低EMI干擾的同時，還保證了低功耗和高音質(zhì)。
擴頻調(diào)制技術(shù)
在Maxim的新型D類放大器中， 還采用了另一項專利技術(shù)，即擴頻調(diào)制技術(shù)。該技術(shù)中對放大器的開關(guān)頻率進行隨機擴頻調(diào)制。擴頻后并不影響音頻信息，而是將音頻能量擴展到更寬的頻譜上，而并非像擴展前那樣，只是集中在開關(guān)頻率及其各次諧波上。通過擴頻，降低了輸出端上的高頻能量，從而大幅提升了EMI性能。“實際上，擴頻系數(shù)并不需要太高，根據(jù)我們的試驗，±6%是最佳值”，Roderick Hogan介紹說。圖2和圖3顯示了擴頻前后的實際效果對比。圖中可以看出，通過擴頻，擴頻后的3次諧波就已經(jīng)降到了基底噪聲中了。
圖2：擴頻前的開關(guān)頻率及其諧波分布特性
圖3：擴頻后的開關(guān)頻率及其諧波分布特性
有源輻射限制
在Maxim的D類音頻放大器中，除了采用上述兩種專利技術(shù)外，還采用了有源噪聲限制技術(shù)。有源輻射限制指的是，通過有源輻射限制電路設(shè)置放大器的最小脈寬，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)生的功率譜限制在一個指定的輸出功率電平以下。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較長的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。
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實際上，采用有源輻射限制的意圖也是圍繞著降低EMI干擾的。因為當(dāng)輸出功率較高時，即便是只有幾英寸的喇叭連線，其作用就像一根天線，輻射出很高的能量，從而嚴(yán)重威脅著EMI性能。此時，簡單地通過改變時鐘頻率已經(jīng)不太有效，而是需要改變放大器自身的PWM波形。這就是為什么Maxim的D類放大器（如MAX9705）不采用脈沖波而是采用鋸齒波的真正原因，Roderick Hogan介紹說。
基于我們上述幾種專利的特殊技術(shù)，保證了我們的D類放大器的獨特EMI性能，允許的引線長度可以長達20多英寸，工程師在設(shè)計過程中具有很好的選擇靈活性。但Roderick Hogan也特別提醒道，設(shè)計師在系統(tǒng)設(shè)計中仍需注意的是要適度注意揚聲器的電纜長度選擇，因為在有些系統(tǒng)中，過長的電纜引起的EMI輻射還是不容小覷的。
