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D類功放芯片低EMI設(shè)計(jì)要點(diǎn)

發(fā)布時(shí)間：2023-10-31 11:14:51 瀏覽：829次

要點(diǎn)匯總

1 PVDD去耦電容

10nF， 0603封裝2.2nF， 0603封裝

PVDD管腳搭配去耦電容，電容盡量在和音頻功放芯片在同一層PCB上，且盡量靠近功放芯片。

1uF，0603封裝

合理搭配陶瓷電容的容值搭配，盡量讓100kHz~0.6GHz之內(nèi)低于1?

（ Class D的噪聲干擾基本影響范圍在300MHz以內(nèi)），高的開關(guān)頻率（>768kHz ）通常推薦1uF+10nF （根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整）,低的開關(guān)頻率一般推薦4.7uF/10uF+100nF（根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整）

1.1 PVDD去耦電容原理性分析

地噪聲來源分析：由于開關(guān)紋波電流流過寄生電感/電阻，造成參考地（Reference Ground）和功放地之間的電壓偏差。地噪聲會(huì)通過音頻功放傳導(dǎo)至喇叭線（或者其他走線）影響傳導(dǎo)/輻射測試結(jié)果。

電源噪聲來源分析：開關(guān)紋波電流無法完全通過去耦電容壓制在小環(huán) 路內(nèi)部（紅色環(huán)路內(nèi)），導(dǎo)致 Power Supply上面有紋波電壓。

Layout注意事項(xiàng)：去耦電容盡量放在同一層，盡量靠近芯片， LC filter的輸出電流回路盡量短，銅皮鋪地盡量完整，各個(gè)電容的接地過孔充足，保證盡量小的回流路徑阻抗。同層且靠近芯片的去耦電容放置比放在背面（Bottom層）的方案EMI在75MHz~100MHz之間要降低 ~12dB

2. 輸出LC filter關(guān)鍵指標(biāo)

1 應(yīng)用在Class D Amplifier的電感最關(guān)鍵3個(gè)指標(biāo)（和音頻指標(biāo)相關(guān)）：

? 最大的輸出電流（在不飽和的情況下）

? 感值vs電流曲線（電流增大后的感值是否穩(wěn)定）

? 直流電阻

2 應(yīng)用在Class D Amplifier的EMI最關(guān)鍵幾個(gè)因素：

? 磁屏蔽性能。盡量選擇磁屏蔽效果好的電感。磁泄漏較差的電感容易對周圍的電路造成干擾，尤其是喇叭線、電源輸入走線或者附近的連接器。因?yàn)殡姼械拇判孤对斐傻腅MI干擾頻段主要集中在30MHz

? 電感尺寸。電感尺寸越小，與周邊電路形成的寄生電容容值越小，因電場導(dǎo)致的干擾會(huì)越小。通常影響高頻段部分（>30MHz）。

? 電感感值。盡量保證在工作電流范圍之內(nèi)的感值恒定，不要下降太多。

? 電容容值。電容容值隨著工作電壓的升高一般會(huì)呈下降趨勢。偏置電壓越高，電容容值下降越多，注意電容選型時(shí)留有足夠的裕量。

2.1 輸出LC filter的PCB設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1 LC filter盡量靠近芯片，越近越好。

2 LC filter盡量遠(yuǎn)離PVDD 走線。由于電感的近場干擾影響比較大，會(huì)將開關(guān)噪聲耦合到電感周圍的走線或者元器件。保持PVDD遠(yuǎn)離電感器可以改善傳導(dǎo)測試結(jié)果。

3 LC filter盡量遠(yuǎn)離連接器。由于電感的近場干擾影響比較大，會(huì)將開關(guān)噪聲耦合到連接器或者線纜，造成EMI干擾。

4 良好的連接器屏蔽可以避免電感的近場干擾。

5 在LC filter的GND焊盤周圍放置足量的接地過孔，保證足夠低的噪聲回流阻抗。

6 盡量在音頻功放芯片所在的PCB層布置地平面或者地走線，這樣可以避免過孔，從而獲得最低的接地回流阻抗。

7 可以把揚(yáng)聲器的走線走在內(nèi)層或者Bottom層，從而可以避免揚(yáng)聲器走線上的開關(guān)噪聲耦合到其他的走線（例如耦合到PVDD走線上）。

2.2 輸出LC filter EMI噪聲鏈路分析之一地噪聲

Layout注意事項(xiàng)：揚(yáng)聲器走線盡量內(nèi)層屏蔽或者走背面避開其他走線。 LC filter 離音頻功放器件越近越好。 LC filter的接地過孔盡量多。盡量和功放芯片同層鋪地保證接地阻抗最小。

2.3 輸出LC filter EMI 噪聲鏈路分析之二-電場輻射dV/dT

功放Switching節(jié)點(diǎn)以及電感的電場噪聲影響分析：電場噪聲通常來自于功放的Switching Node和電感，耦合到PVDD走線或者連接器的線纜。通常影響的頻段在30MHz以上。

Layout注意事項(xiàng)： LC filter 盡量靠近芯片來減少功放開關(guān)節(jié)點(diǎn)電磁輻射影響區(qū)域；盡量采用小尺寸的電感；讓 LC filter遠(yuǎn)離PVDD走線以及連接器；對連接器進(jìn)行屏蔽是最有效的方法。

2.4 輸出LC filter EMI噪聲鏈路分析之三-磁場輻射dI/dT

電感的磁場噪聲影響分析：電感本省是一個(gè)比較強(qiáng)的磁場噪聲源，耦合到PVDD走線或者連接器的線纜。通常影響的頻段在30MHz以內(nèi)。

Layout注意事項(xiàng)： LC filter 設(shè)計(jì)過程中盡量選擇漏磁比較小的電感（通常一體成型金屬合金電感比開架鐵氧體電感在30MHz以內(nèi)的頻段能將EMI改善7dB以上）；讓 LC filter 遠(yuǎn)離PVDD走線以及連接器；

好的磁屏蔽電感相比差的磁屏蔽電感，對2MHz~30MHz 之間的影響差別達(dá)到7dB~17dB 。

3 電源PI型濾波器

? L1, C40, C41,C42構(gòu)成了一個(gè)電源線上的EMI濾波器

? 一般L1的感值選擇0.68uH~4.7uH之間即可

? 電感的自諧振頻率（SRF）越高越好（最好大于70MHz）。電感感值越小，自諧振頻率一般越高。感值的大小和自諧振頻率在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是一個(gè)權(quán)衡。

4 喇叭連接器設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

4.1 在每個(gè)連接器的pin附近放置一個(gè)~10nF的貼片陶瓷電容，離連接器越近越好。該方法一般在75MHz附近有~6dB的改善。

4.2 該電容具體的容值可根據(jù)實(shí)際的EMI測試結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

4.3 放置足夠多的地過孔，保證這些電容有良好的接地路徑。

4.4 音頻功放的開關(guān)節(jié)點(diǎn)附近以及電感產(chǎn)生很強(qiáng)的dV/dT 噪聲，如果LC filter放置距離連接器過近，電場能量會(huì)直接耦合到連接器或者喇叭線/電源線，從而直接影響到傳導(dǎo)和輻射測試結(jié)果。對連接器進(jìn)行有效的屏蔽（且屏蔽罩接地）會(huì)有比較好的效果，通常在100MHz~200MHz 改善~5dB。在LC filter本身離連接器比較近的情況下改善更明顯，通常對FM頻段和DAB頻段（174MHz~239MHz）的改善會(huì)超過15dB。

5 散熱器PCB接地屏蔽

一般散熱器面積比較大，容易受到PCB板上的噪聲耦合。散熱器最好保證和功放有一個(gè)就近接地點(diǎn)。所有耦合到散熱器上的噪聲能以最短路徑流回音頻功放，從而減小輻射。

某些情況下，散熱器的接地與不接地甚至在100MHz~200MHz的頻段范圍會(huì)造成9dB的EMI 指標(biāo)差異。