減少D類放大器中的電磁干擾

D類(或開關(guān))放大器，因為相比傳統(tǒng)的AB類放大器設(shè)計，這類放大器的散熱較少(在緊湊型產(chǎn)品中非常重要)，且效率較高(延長電池壽命)。D類放大器開關(guān)拓撲的一個可能存在的缺點，就是其容易發(fā)出電磁輻射，可能會干擾周邊其它電子設(shè)備?？梢酝ㄟ^外部無源濾波方法將這種干擾緩減到某種程度，但這會增加最終產(chǎn)品的成本、占位面積以及復(fù)雜性。本文將探討某些用于減輕EMI問題的內(nèi)部電路設(shè)計方法。

　　邊緣速率控制

　　為了放大音頻信號，D類放大器的輸出(或各種輸出，以不同的配置) 在兩個電源軌(通常為正極和接地)之間交替切換，其頻率是所需放大的最高音頻頻率的10倍或更高(可能為300kHz或更高)。開關(guān)信號是經(jīng)過調(diào)制的，從而通過簡單的、有時是揚聲器本身包含的低通濾波器來恢復(fù)音頻信號。此開關(guān)轉(zhuǎn)換一般速度非?？?mdash;—也許是2ns或更短——因而包含顯著的高頻能量。這會導致互連導線纜產(chǎn)生EMI輻射，尤其是在信號路徑中無低通濾波器，且放大器和揚聲器之間的導線長度非常明顯的情形下(也許超過1cm)。

　　用于緩減EMI輻射的一個方法是減低放大器輸出的轉(zhuǎn)換速率(slew rate)。圖1所示為時域中的一個例子，其上方跡線有2ns的上升和下降時間，而下方跡線有20ns的上升和下降時間。

　　轉(zhuǎn)換速率的減小(這里的因數(shù)為10) 對于D類放大器產(chǎn)生的輻射能量有著顯著的影響。圖2 顯示了兩種波形的頻譜，此時D類輸出正處于靜默(無音頻，占空比=50%)，開關(guān)頻率為333kHz?？梢钥吹截灤┯?0MHz~1GHz之間的大部分頻譜，其高頻(HF)內(nèi)容減少約20dB。在包含有FM廣播接收電子設(shè)備(88MHz ~ 108MHz)手機或無線互聯(lián)網(wǎng)電路(700MHz ~ 2.7GHz)的系統(tǒng)中，這可大幅減少EMI，從而降低了可能影響系統(tǒng)性能的風險。

　　圖2清楚地顯示了邊緣速率控制(edge rate control，ERC)技術(shù)減少EMI的優(yōu)勢，不過代價是增加了損耗。首先是D類放大器提供的效率優(yōu)勢，主要來自于輸出器件始終完全開啟或完全關(guān)閉，因此輸出器件中的瞬時耗散功率P= VI，在所有時間里基本上保持為零 (不同于AB類放大器，其功率器件的VI乘積從不為零)。在每次開關(guān)轉(zhuǎn)換時引入(或增加)時間跨度，其間V ≠ 0，同時負載電流I ≠ 0，導致片上功耗適度增加，因而帶來效率的降低。其次，一個非ERC輸出級在本質(zhì)上僅是一個大型逆變器(可能包括直通或短路沖擊電流的緩減)，而一個ERC輸出級包含附加電路，能夠調(diào)節(jié)上拉和下拉器件的觸發(fā)電壓，以便在輸出端上產(chǎn)生期望的、受控制的轉(zhuǎn)換速率。取決于所使用的方法，這增加了芯片面積(成本)和電流消耗(降低效率)?？偟膩碚f，由于增添ERC而產(chǎn)生的效率代價可能為1% ~ 2%。

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