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D類音頻功放如何實現(xiàn)低EMI
發(fā)布時間：2023-07-27 00:00:00 瀏覽：936次
1 介紹
D類音頻功放由于開關(guān)頻率的存在，常常有EMI問題。本文將介紹一些方法，來有效減小D類音頻功放的EMI。
2 選擇鐵氧體磁珠降低邊緣速率
利用成本低廉的鐵氧體磁珠能節(jié)省不少的系統(tǒng)BOM成本。對于小于5MHz的 EMI帶寬，尤其是當(dāng)開關(guān)頻率約為300kHz（以獲得較佳效率），實驗結(jié)果顯示減少邊緣速率是降低EMI的有效方法。
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圖1 磁珠濾波
圖2 不同阻抗鐵氧體磁環(huán)的邊緣速率
圖2中，較高的鐵氧體磁珠阻抗可以實現(xiàn)較低邊沿速率的D類輸出；使用600ohm@100MHz 的鐵氧體磁珠，可以獲得最低邊緣速率的D類輸出，最終在高頻段實現(xiàn)最佳EMI結(jié)果。然而，對于相同型號相同封裝的磁珠，阻抗較高意味著額定電流較小，所以還要考量其額定電流是否符合電路要求。圖3為鐵氧體磁珠對于傳導(dǎo)性EMI的效果。
圖3 鐵氧體磁珠對于傳導(dǎo)性EMI的效果
圖4為鐵氧體磁珠對于輻射性EMI的效果
3 利用LC濾波
使用電感濾波，盡管價格昂貴，但抑制EMI效果非常明顯，仍被廣泛使用。對于傳統(tǒng)調(diào)制方式的D類音頻功放，可使用如下LC濾波。
圖5 傳統(tǒng)調(diào)制方式D類音頻功放的BTL LC濾波
表1 傳統(tǒng)調(diào)制方式8ohm負載的LC濾波
表2 傳統(tǒng)調(diào)制方式6ohm負載的LC濾波
表3 傳統(tǒng)調(diào)制方式4ohm負載的LC濾波
對于免濾波調(diào)制方式的D類音頻功放，可使用如下LC濾波。
表5 免濾波調(diào)制方式6ohm負載的LC濾波
圖6 免濾波調(diào)制方式D類音頻功放的BTL LC濾波
表4 免濾波調(diào)制方式8ohm負載的LC濾波
表5 免濾波調(diào)制方式6ohm負載的LC濾波
表6 免濾波調(diào)制方式4ohm負載的LC濾波
4 利用佐貝爾網(wǎng)絡(luò)，盡量降低瞬時振蕩。
圖7為我們設(shè)計的用于降低輸出濾波電路振蕩效應(yīng)的典型電路。R1和C1將吸收由IC本身造成的振蕩能量。R2和C2 用于吸收由濾波器諧振頻率造成的振蕩。
圖7 調(diào)諧，以減少振蕩、降低邊緣速率
圖8.a中，在傳導(dǎo)性EMI測試噪音頻帶，捕獲到周期為350ns的振蕩（約2.85MHz），其能量在佐貝爾網(wǎng)絡(luò)之后已經(jīng)大幅減弱，并獲得更高邊緣增益。
表7 濾波器和佐貝爾網(wǎng)絡(luò)設(shè)置
圖8 調(diào)整佐貝爾網(wǎng)絡(luò)和電容（減少振蕩，獲得較慢的邊緣速率）
不過又出現(xiàn)了另外一個問題，圖9顯示振蕩加劇了2MHz~4MHz的頻帶噪聲（如果D類輸出電流增加的話，振蕩會更加嚴重）。從理論上講，諧波分量越高，振幅應(yīng)該越小，但是，濾波器的諧振頻率點改變了這一情況。我們看一下圖8.a，與設(shè)置4相比，設(shè)置3在2MHz~5MHz頻帶具有更好的噪聲抑制能力。最終，設(shè)置3在減少振蕩方面表現(xiàn)出最佳的調(diào)優(yōu)效果，并且獲得了較低的邊緣速率，及良好的2MHz~5MHz的EMI裕量。
圖9 振蕩加劇2MHz~4MHz 頻帶噪聲（設(shè)置4）
5 PCB布局
（5.l）濾波器PCB布局
為盡可能減少濾波器電流回路（電流回流至GND），確保電流環(huán)路小。
1） 將濾波器盡可能靠近輸出引腳。
2） 盡量減少濾波器接地的電流回路。
3） 盡量確保濾波器和D類設(shè)備的底層是一個完整的接地層。
4） 如果要添加佐貝爾網(wǎng)絡(luò)來減少振蕩，將佐貝爾網(wǎng)絡(luò)盡可能靠近濾波器。
5） 將緩沖電路盡可能靠近設(shè)備的輸出引腳。
（5.2） 電源布局
圖10 PVCC布局
（5.3） 輸出
D類功放輸出走線短而粗，包括接到喇叭的線短而粗甚至使用屏蔽線，都能有效的減小EMI。
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