音頻/視頻接口的EMI/EMC抑制
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圖5. 典型的Maxim D類(lèi)音頻放大器所采用的有源輻射限制技術(shù)。
D類(lèi)放大器可利用揚聲器的線(xiàn)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(xiàn)仍會(huì )輻射相當數量的能量，這種方式僅限于內部揚聲器。有一種做法就是改變開(kāi)關(guān)過(guò)程，使得放大器保持高效的同時(shí)又能減少EMI，從而只需要一個(gè)小型濾波器。要實(shí)現這一目的，可以調制時(shí)鐘頻率，以降低基于每赫茲帶寬的能量11。這種方法稱(chēng)為時(shí)鐘擴譜調制12，或時(shí)鐘頻率抖動(dòng)。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(shuō)明了這種技術(shù)的效果。
圖6. 采用MAX9705EVKIT (12英寸長(cháng)的非屏蔽雙絞線(xiàn))得到的MAX9705輻射數據，展示了擴譜調制的作用。
對于只提供擴譜調制功能的器件，當輸出功率高于數百毫瓦時(shí)，超過(guò)幾英寸長(cháng)的揚聲器連線(xiàn)就會(huì )輻射太多的能量。此時(shí)增加時(shí)鐘頻率也于事無(wú)補，隨著(zhù)頻率的升高，D類(lèi)放大器的輸出頻譜會(huì )降低。然而，揚聲器的連線(xiàn)會(huì )變得像天線(xiàn)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(lèi)放大器自身所采用的PWM波形?？刹捎靡环N稱(chēng)為有源輻射限制的特定方法來(lái)實(shí)現這一點(diǎn)。
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(jìn)行限制。再結合交叉切換、上升/下降時(shí)間以及時(shí)鐘頻率的控制，則可以將工作過(guò)程中產(chǎn)生13的功率譜限制在一個(gè)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(wú)任何外部濾波以及接有長(cháng)達24in外部揚聲器連線(xiàn)的情況下，其EMI特性仍能滿(mǎn)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(shí)，還希望發(fā)熱最小和最大限度延長(cháng)電池壽命。因此，需要設備在低壓?jiǎn)坞娫聪聦?shí)現高效率，同時(shí)具有適合耳機應用的低功耗關(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(huì )看到這一點(diǎn)。
有源輻射限制(MAX9705)
Maxim公司D類(lèi)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(kāi)關(guān)是如何操作的。通過(guò)驅動(dòng)電路的精心設計和零死區時(shí)間控制，MAX9705 D類(lèi)放大器的效率可超過(guò)85%。獨特、專(zhuān)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(shí)鐘頻率鎖定在800kHz至2MHz通用時(shí)鐘范圍內，從而最大程度地降低互調，否則多個(gè)獨立時(shí)鐘源會(huì )產(chǎn)生互調。Maxim公司的D類(lèi)音頻放大器結合了兩項獨特的技術(shù)：擴譜調制和有源輻射限制?？梢栽凇盁o(wú)濾波器”的情況下連接長(cháng)達24in非屏蔽揚聲器連線(xiàn)，而輻射干擾仍然保持在FCC第15部分規定的EMI限制范圍之內(圖8)。
圖7. MAX9705 D類(lèi)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。
圖8. 擴譜調制模式下，MAX9705連接24in非屏蔽雙絞線(xiàn)時(shí)的輻射數據
除了EMI之外，音頻性能同樣非常出色，THD+D在1W時(shí)為0.02%，在2.3W時(shí)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(mǎn)足任何應用(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，在連接外部揚聲器而無(wú)濾波器的情況下仍能滿(mǎn)足EMI輻射要求。
結語(yǔ)
MAX9511和MAX9705代表了EMI/EMC控制的先進(jìn)技術(shù)。將這些器件應用于產(chǎn)品當中可以有效降低EMI。不必像以前那樣依靠大尺寸外部濾波器和屏蔽等會(huì )增加成本和尺寸的方法，這些器件采用了當今最先進(jìn)的技術(shù)，有效保證了電磁兼容性和性能。
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