D類功放對EMI影響的解決
發(fā)布日期:2022-04-14
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現(xiàn)在越來越多的便攜式電子產(chǎn)品、家庭影音系統(tǒng)、汽車音響系統(tǒng)采用D類放大器，D類功放具有省電、輸出功率大、音質(zhì)佳、訊號(hào)穩(wěn)定等特點(diǎn)，力水清木華研究報(bào)告指出，受音頻播放器節(jié)能、輕薄短小需求的推動(dòng)，全球D類放大器市場銷售將在2012年突破7.5億美元。即使在金融危機(jī)的沖擊之下，D類音頻放大器的需求熱度絲毫未減。
EMI 噪聲對于周圍設(shè)備和電路的干擾是完全不可預(yù)知的。手機(jī)中有大量的RF系統(tǒng)，比如通話，收音機(jī)等功能。一般來說，對于EMI會(huì)要求達(dá)到相關(guān)規(guī)定。印刷電路板、時(shí)鐘電路、振蕩器、數(shù)字電路和處理器會(huì)成為電路內(nèi)部 EMI 源。對電流執(zhí)行開關(guān)操作的一些機(jī)電裝置，在關(guān)鍵操作期間會(huì)產(chǎn)生 EMI。這些 EMI 信號(hào)不一定會(huì)對其他電子設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面影響。EMI 信號(hào)的頻譜成分和強(qiáng)度，決定了它是否會(huì)對敏感型電路產(chǎn)生意想不到的影響。
對于D類功放來說，減小EMI，主要有兩個(gè)辦法：
1、對于功放的采樣頻率采用擴(kuò)頻技術(shù)，使得由于采樣頻率導(dǎo)致的EMI干擾頻譜比較平均，達(dá)到降低EMI的目的。
2、控制輸出管的開啟和關(guān)斷時(shí)間，進(jìn)而控制邊緣的EMI干擾。一般認(rèn)為第2點(diǎn)是影響D類功放EMI的主要因素。
對于PWM信號(hào)的頻譜成分簡化為其頻率和上升時(shí)間。時(shí)鐘或者系統(tǒng)頻率建立電路的時(shí)間基準(zhǔn)，但其邊緣率形成干擾諧波。EMI的能量主要取決于變化時(shí)間和變化幅度的大小。電磁干擾（EMI）有兩種傳播途徑：傳導(dǎo)和輻射。即電磁干擾分為傳導(dǎo)性電磁干擾和輻射性電磁干擾兩種。當(dāng)電磁干擾波的頻率小于30MHz時(shí)，電磁干擾主要是以傳導(dǎo)方式在電子設(shè)備中產(chǎn)生傳導(dǎo)性噪聲；當(dāng)電磁干擾波的頻率高于30MHz時(shí)，電磁干擾主要以輻射方式在電子設(shè)備中產(chǎn)生輻射噪聲。目前通用的EMI標(biāo)準(zhǔn)為FCC和CISPR，主要關(guān)注的是30MHz頻帶內(nèi)的干擾。
產(chǎn)生EMI的最大頻率和邊沿變化時(shí)間的關(guān)系對應(yīng)如下式所示，比如當(dāng)邊緣變化時(shí)間為10ns的時(shí)候，計(jì)算得到fmax=31.8MHz，也就是說，系統(tǒng)會(huì)受到在31.8MHz內(nèi)的頻率影響。
D類功放也具有缺點(diǎn)，當(dāng)D類功放的輸出信號(hào)為大電流且高速度的脈寬調(diào)制開關(guān)信號(hào)，開關(guān)信號(hào)藉由喇叭線傳遞至喇叭時(shí)，間接的造成電磁波幅射而產(chǎn)生電磁干擾（EMI）。此EMI干擾含有寬廣的頻譜，不同的頻段干擾不同的接收器，甚至干擾非接收器的電子產(chǎn)品。
以下是EMI干擾常用的解決方法
圖一為一般FM接收機(jī)天線端的接收訊號(hào)。當(dāng)D類功放動(dòng)作時(shí)，其輻射出來的諧波訊號(hào)如沒有效處理，結(jié)果將如圖二，諧波訊號(hào)覆蓋原有的FM訊號(hào)，使FM收訊品質(zhì)下降，甚至無法接收
EMI干擾問題可從輻射及傳導(dǎo)兩方面著手，阻隔輻射干擾PCB Layout及LC濾波器的選用是有效的處理方向。根據(jù)D類功放輻射的頻帶，調(diào)整output LC濾波器的組合，可有效改善FM收訊品質(zhì)。如圖三 ： 原圖二的干擾現(xiàn)象， 經(jīng)合適的LC濾波器處理后，可消除D類功放的干擾問題。
經(jīng)由電源/地線的傳導(dǎo)發(fā)射也是另一干擾源，除PCB Layout上的隔離，耦合濾波器是該有的選擇。
降低干擾信號(hào)的強(qiáng)度也可以。主要是改變干擾頻率?？s短D類功放的喇叭線可以降低天線（喇叭線）的發(fā)射效率，以降低干擾輻射波的強(qiáng)度。
降低干擾輻射波強(qiáng)度的方法是使用電感電容濾波器（LC Filter）將D類功放的開關(guān)信號(hào)濾波而取出其音頻信號(hào)，再經(jīng)喇叭線傳至喇叭。如此喇叭線的傳遞信號(hào)為音頻信號(hào)而高頻的開關(guān)信號(hào)已被大幅衰減。由于D類功放在便攜式電子產(chǎn)品的應(yīng)用上其喇叭線的長度相對的短，故可使用磁珠（Bead）針對某些特別高次諧波作濾波，無須使用LC Filter即可達(dá)到效果。
另一降低干擾信號(hào)的方法是使用展頻的技巧。展頻的方式乃將D類功放的高頻載波頻率隨著時(shí)間做變更，如此則干擾信號(hào)即被分布在某幾個(gè)頻率區(qū)而非全部集中在一個(gè)頻率區(qū)。如果高頻載波頻率平均輪換于10個(gè)頻率則理論上EMI即可降低10db。
使用跳頻的方法也可以有效避免干擾。如果接收機(jī)在接收某個(gè)頻率時(shí)被D類功放高頻開關(guān)信號(hào)所干擾，則可將D類功放的高頻開關(guān)頻率跳至另一頻率。由于D類功放的音頻內(nèi)容與其載波或開關(guān)頻率無關(guān)，此種方法并不影響音頻信號(hào)的內(nèi)容。只要此開關(guān)頻率不在接收機(jī)的帶通濾波器（Bandpass Filter）范圍內(nèi)，接收機(jī)即可有效的抑制干擾信號(hào)。
坊間對FM的干擾解決方式采用金屬材質(zhì)的外殼屏蔽，以便衰減諧波輻射的干擾能量，進(jìn)而使得FM接收正常。但當(dāng)FM接收機(jī)與D類功放結(jié)合時(shí)， 此屏蔽方式便不適用，須從D類功放的EMI防治著手。
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