減小D類(lèi)放大器的EMI

研究方向：

* D類(lèi)放大器應用難點(diǎn)

* PWM型D類(lèi)放大器

* 新一代調制技術(shù)

* 欠阻尼共模響應問(wèn)題

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

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

首先，是市場(chǎng)需要。D類(lèi)放大器的某些優(yōu)點(diǎn)推動(dòng)了手機和LCD平板顯示器這兩個(gè)終端設備市場(chǎng)的迅速發(fā)展。對于手機來(lái)說(shuō)，揚聲器和PTT(Push-to- Talk，一鍵通)模式需要D類(lèi)放大器的高效率，以延長(cháng)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(lèi)放大器的高效率意味著(zhù)驅動(dòng)電子設備時(shí)功耗更低，使LCD平板顯示器工作時(shí)發(fā)熱更少，圖像顯示效果更好。

影響D類(lèi)放大器應用的第二個(gè)因素便是自身技術(shù)的發(fā)展。根據市場(chǎng)需要，一些制造商改進(jìn)了D類(lèi)放大技術(shù)，使D類(lèi)放大器具有更理想價(jià)格的同時(shí)，也具備了與AB類(lèi)放大器相近的音頻性能。此外，一些新型的D類(lèi)放大器輸出調制方案還可以降低實(shí)際應用的EMI。

某些新型D類(lèi)放大設計方案雖然是基于老式的PWM型結構，但采用了更復雜的調制技術(shù)，實(shí)現低功耗系統中的無(wú)濾波工作。效率指標可以通過(guò)測試驗證，但某些設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(wèn)題。實(shí)際上，良好的PCB布局和較短的揚聲器連線(xiàn)可以保證大大降低EMI幅射，使之滿(mǎn)足FCC或CE標準。

應用難點(diǎn)

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

最有代表性的應用難點(diǎn)便是平板電視。由于揚聲器通常排列在設備的外側邊緣，往往不可避免的要使用長(cháng)的揚聲器連線(xiàn)。如果還存在模擬視頻信號，則僅僅滿(mǎn)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(kāi)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LC濾波器，則需要對其進(jìn)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(kāi)關(guān)瞬態(tài)。

PWM型D類(lèi)放大器

傳統D類(lèi)放大器通?；诿}寬調制(PWM)原理設計。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(lèi)放大器的典型BTL輸出波形?？焖俚那袚Q時(shí)間和接近軌至軌的擺幅使此類(lèi)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，可能導致高頻RF幅射和干擾。因此，采用此類(lèi)方案通常需要使用輸出濾波器來(lái)抑制有害的RF幅射。

圖1.傳統脈寬調制(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(gè)對稱(chēng)輸出信號波形在揚聲器或連線(xiàn)上將具有很小的共模(CM)信號(底部的跡線(xiàn))。注意：50%占空比代表零輸入信號(空閑狀態(tài))。因此，可以設計一個(gè)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(shí)保留有用的低頻分量以輸出到揚聲器。

新一代調制技術(shù)

隨著(zhù)市場(chǎng)對D類(lèi)放大器需求的不斷增長(cháng)，一些制造商最近推出了可獨立控制H橋的兩個(gè)半橋的新一代調制方案。這一調制方案具有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：

音頻信號較弱或空閑狀態(tài)時(shí)，負載上幾乎沒(méi)有差分開(kāi)關(guān)信號。較傳統PWM設計改進(jìn)了靜態(tài)電流損耗。

最小脈沖，共模(CM)開(kāi)關(guān)信號有助于降低導通和關(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(可能導致放大器導通或關(guān)斷時(shí)出現音頻雜音)可減到最小。

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

圖2.Maxim的MAX9704立體聲D類(lèi)放大器的調制方案