基于便攜式設備可降低電磁干擾(EMl)新技術(shù)的應用

問(wèn)題的提出與方案的呈現

1.1 首先應對便攜式設備內部和外部產(chǎn)生的EMI(電磁干擾)與影響作分析。

眾所周知，當電信號處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，會(huì )產(chǎn)生EMI，一旦電信號狀態(tài)發(fā)生變化，電流流動(dòng)要產(chǎn)生電磁場(chǎng)。所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)可通過(guò)不同途徑與其它電磁信號相互作用。這些產(chǎn)生EMI叫互作用可能發(fā)生在設備內部或外部。其電磁干擾信號傳輸途徑圖見(jiàn)圖1(a)(b)所示。

外部EMI能夠擾亂許多設備的運行，其中包括音頻設備、電視接收機、內置醫療設備和無(wú)線(xiàn)控制系統。由于這些EMI（電磁干擾）可能產(chǎn)生嚴重的后果，如今國際上規定了相類(lèi)似的適用于全世界的要求。如果不能按照這些要求去阻止超過(guò)EMI限值的產(chǎn)品銷(xiāo)售，就可能會(huì )損壞其它產(chǎn)品。

內部EMI會(huì )產(chǎn)生更加錯綜復雜的后果，可能造成設備內部其它信號無(wú)法預測的特性改變。這種EMI會(huì )導致難以診斷和修復的間歇發(fā)生的可靠性問(wèn)題。如果設備包含可能被EMI嚴重破壞的無(wú)線(xiàn)整機電路，內部EMI將是一個(gè)更加嚴重的問(wèn)題。

1.2 解決方案的呈現

由上所知，對于如蜂窩電話(huà)和筆記本電腦等低功耗便攜式設備來(lái)說(shuō)，降低電磁于擾(EMl)與EMC特性及延長(cháng)電池壽命、減少電路板空間等問(wèn)題往往至關(guān)重要；而對于大功率設備(如車(chē)載音響系統或平板顯示器)來(lái)說(shuō)，則要求最大限度降低散熱需求和發(fā)熱量。在上述二大問(wèn)題中很重要的是與降低電磁于擾(EMl)密切相關(guān)，究其原因：

其一、由于便攜式設備中開(kāi)關(guān)穩壓器能極大地節省空間并具有極低的功耗，則此穩壓器正逐步取代線(xiàn)性穩壓器，而進(jìn)入各種新型應用中。但開(kāi)關(guān)穩壓器有一個(gè)缺點(diǎn)，其內部開(kāi)關(guān)電流可能產(chǎn)生EMI。EMI的峰值能量集中在開(kāi)關(guān)頻率上，降低EMI的傳統方法是謹慎處理接地、屏蔽和濾波，以控制和抑制穩壓器內部開(kāi)關(guān)電流所產(chǎn)生的輻射為主。此外，降低開(kāi)關(guān)電流的幅度和改變頻率也能降低EMI。但確切地說(shuō)，多相同步和擴展頻譜頻率調制(SSEM)及反饋網(wǎng)絡(luò )技術(shù)是降低EMI的兩種強有力的工具。

其二、在日新月異的多媒體時(shí)代新潮中關(guān)鍵的部件--現代D類(lèi)放大器己成為便攜式和大功率應用的理想選擇。從而要求現代D類(lèi)放大器應具有獨特的高效特性。為此當今許多現代D類(lèi)放大器采用先進(jìn)的擴譜調制技術(shù)，可以降低電磁于擾 (EMl)并免去外部濾波器。而省掉外部濾波器器不僅降低了電路板空間要求，同時(shí)大幅降低了很多便攜式/緊湊型應用的成本。

由此推出抑制和降低EMI新技術(shù)的應用。對抑制和降低EMI的技術(shù)可有二種，其一是通過(guò)接地、屏蔽和濾波的方法，但對于高速與頻率高的電子系統或便攜式設備而言，就顯得很傳統了.其二就是改變NRZ測試碼型功率譜的頻率或者幅度與頻譜擴散新技術(shù)。值此作重點(diǎn)介紹：利用反饋網(wǎng)絡(luò )與頻率擴展技術(shù)以改善設備的EMI是便攜設備中的開(kāi)關(guān)穩壓器與現代D類(lèi)放大器中很有效的方案。

值此本文僅對其反饋技術(shù)、擴譜調制技術(shù)在現代D類(lèi)放大器中降低電磁于擾(EMl)的應用及其新一代無(wú)濾波器D類(lèi)放大器作分析說(shuō)明。既然這是一個(gè)新技術(shù)趨勢，故本文從系統性的角度出發(fā)，首先介紹基于PWM方式的傳統D類(lèi)放大器存在的問(wèn)題。傳統D類(lèi)放大器存在的問(wèn)題

傳統D類(lèi)放大器的一個(gè)主要缺點(diǎn)就是它需要外部LC濾波器。這不僅增加了方案總成本和電路板空間，也可能因濾波元件的非線(xiàn)性而引入額外失真。很多D類(lèi)放大器還會(huì )使用全橋輸出級。全橋電路使用兩個(gè)半橋輸出級，并以差分方式驅動(dòng)負載。這種負載連接方式通常稱(chēng)為橋接負載(BTL)。全橋結構是通過(guò)轉換負載的導通路徑來(lái)工作的。因此負載電流可以雙向流動(dòng)，無(wú)需負電源或隔直電容。傳統的、基于PWM的BTL型D類(lèi)放大器各輸出波形。各輸出波形彼此互補，從而在負載兩端產(chǎn)生一個(gè)差分PWM信號。與半橋式拓撲類(lèi)似，輸出端需要一個(gè)外部LC濾波器，用于提取低頻音頻信號并防止在負載上耗散高頻能量。

與所有傳統D類(lèi)放大器一樣，基于PWM方式的典型D類(lèi)放大器需要外部濾波元件，會(huì )產(chǎn)生EMI/EMC兼容性問(wèn)題，并且THD+N性能較差，因此與線(xiàn)性放大器相比，它的高效優(yōu)勢大為失色。然而，現代D類(lèi)放大器采用先進(jìn)的調制和反饋技術(shù)，可很好地緩解上述問(wèn)題。

利用反饋網(wǎng)絡(luò )改善性能

許多D類(lèi)放大器采用PWM輸出至器件輸入的負反饋環(huán)路。閉環(huán)方案不僅可以改善器件的線(xiàn)性，而且使器件具備電源抑制能力。開(kāi)環(huán)放大器卻正相反，它的電源抑制能力微乎其微。在閉環(huán)拓撲中，因為會(huì )檢測輸出波形并將其反饋至放大器的輸入端，所以能夠在輸出端檢測到電源的偏離情況，并通過(guò)控制環(huán)路對輸出進(jìn)行校正。閉環(huán)設計的優(yōu)勢是以可能出現的穩定性問(wèn)題為代價(jià)的，這也是所有反饋系統共同面臨的問(wèn)題。因此必須精心設計控制環(huán)路并進(jìn)行補償，確保在任何工作條件下都能保持穩定。