基于便攜式設備可降低電磁干擾(EMl)新技術(shù)的應用

圖5 利用D類(lèi)放大器延長(cháng)電池使用壽命示意圖

該解決方案應用范圍為：音頻基座、迷你揚聲器與輕便型收錄機。其特性為：8Ω揚聲器提供的88%的 D類(lèi)放大效率；集成DC音量控制范田為-38dB至20dB，而步長(cháng)為2dB;低噪聲，電源紋波抑制比(PSRR)為70dB;TPA2008D2型為 24引腳HTSSOP封裝。擴譜調制的應用是降低EMI有效技術(shù)

有必要先介紹何謂擴譜調制技術(shù)。通過(guò)展寬信號頻譜來(lái)減少EMI的需求，根據這個(gè)基本概念加以拓展的主要優(yōu)化技術(shù)被稱(chēng)為優(yōu)化擴譜調制或稱(chēng)頻譜擴散(OSD)。它極大地減少了EMI，而沒(méi)有受頻譜展寬時(shí)鐘(SSC)抖動(dòng)問(wèn)題的困擾。

應該說(shuō)，免濾波器工作方式的一個(gè)缺點(diǎn)就是可能通過(guò)揚聲器電纜輻射EMI。由于D類(lèi)放大器的輸出波形為高頻方波，并具有陡峭的過(guò)渡邊沿，因此輸出頻譜會(huì )在開(kāi)關(guān)頻率及開(kāi)關(guān)頻率倍頻處包含大量頻譜能量。在緊靠器件的位置沒(méi)有安裝外部輸出濾波器的話(huà)，這些高頻能量就會(huì )通過(guò)揚聲器電纜輻射出去。免濾波器D類(lèi)放大器采用“擴譜調制“方案，可幫助緩解可能的EMI問(wèn)題。

擴展頻譜模式下，采樣時(shí)鐘頻率在規定的范圍內逐周期變化，使輸出頻譜的分布比較平坦，從而改善了經(jīng)過(guò)喇叭或音頻線(xiàn)纜的EMI輻射，見(jiàn)圖6所示。采樣頻率的變化不會(huì )破壞音頻信號的恢復，也不會(huì )降低整體效率。

圖6 擴展頻譜模式下改善了經(jīng)過(guò)喇叭或音頻線(xiàn)纜的EMI輻射

一些D類(lèi)放大器也可允許接受外部的系統頻率同步，來(lái)降低或避開(kāi)敏感的頻帶。另外，現代D類(lèi)放大器具有主動(dòng)幅射限制電路(AEL)，AEL電路會(huì )在輸出瞬變時(shí)主動(dòng)控制輸出FET的柵極，避免傳統D類(lèi)放大器中因感性負載的續流所引起的高頻幅射，進(jìn)而降低EMI。

例如 MAX9705、MX9773兩款現代D類(lèi)放大器除了具有普通的固定頻率模式(FFM)、擴展頻譜模式(SSM)、外部同步模式及SSM+AEL模式，用戶(hù)可利用其SYNC引腳設定取樣頻率?，F代D類(lèi)放大器，加上仿真程序的計算，可計算出各個(gè)模式下的EMI特性.擴展頻譜模式+主動(dòng)幅射限制模式下，提供最佳的EMI抑制。通過(guò)抖動(dòng)或隨機化D類(lèi)放大器的開(kāi)關(guān)頻率實(shí)現擴譜調制。實(shí)際開(kāi)關(guān)頻率相對于標稱(chēng)開(kāi)關(guān)頻率的變化范圍可達到土10%。盡管開(kāi)關(guān)波形的各個(gè)周期會(huì )隨機變化，但占空比不受影響，因此輸出波形可以保留音頻信息。圖7顯示以MAX9700為例的擴譜調制的效果，是在OUT+或OUT-與地之間寬帶(為10KHz)的輸出頻譜測量效果，即擴譜調制將MAX9700的頻譜能量分布在更寬的頻帶內。

圖7 以MAX9700為例的擴譜調制的效果，擴譜調制將MAX9700的頻譜能量分布在更寬的頻帶內

擴譜調制有效展寬了輸出信號的頻譜能量，而不是使頻譜能量集中在開(kāi)關(guān)頻率及其各次諧波上。換句話(huà)說(shuō)，輸出頻譜的總能量沒(méi)有變，只是重新分布在更寬的頻帶內。這樣就降低了輸出端的高頻能量峰，因而將揚聲器電纜輻射EMI的機會(huì )降至最少。雖然一些頻譜噪聲可能由擴譜調制引入音頻帶寬內，這些噪聲可以被反饋環(huán)路的噪聲整形功能抑制掉。

很多現代免濾波器D類(lèi)放大器還允許開(kāi)關(guān)頻率同步至一個(gè)外部時(shí)鐘信號。因此用戶(hù)可以將放大器開(kāi)關(guān)頻率設置到相對不敏感的頻率范圍內。

盡管擴譜調制極大地改善了免濾波器D類(lèi)放大器的EMI性能，為了滿(mǎn)足FCC或CE輻射標準，實(shí)際上還是需要對揚聲器電纜長(cháng)度加以限制。如果設備因揚聲器電纜過(guò)長(cháng)而沒(méi)能通過(guò)輻射測試，則需要一個(gè)外部輸出濾波器來(lái)衰減輸出波形的高頻分量。對于許多具有適度揚聲器電纜長(cháng)度的應用來(lái)說(shuō)，在輸出端安裝磁珠/濾波電容即可滿(mǎn)足要求，見(jiàn)圖8(a)所示。

圖8(a) 輸出端安裝磁珠/濾波電容示意圖