電磁干擾/兼容技術(shù)知識：視音頻接口的EMI/EMC抑制

引言

全球銷售的所有電子產(chǎn)品在上市之前必須進(jìn)行EMI/EMC測試，證明它們不會(huì)產(chǎn)生干擾，或不會(huì)受到其他設(shè)備的干擾。出于測試目的，可將這些產(chǎn)品分成兩類：主動(dòng)輻射產(chǎn)品和非主動(dòng)輻射產(chǎn)品，例如，蜂窩電話和對講機(jī)主動(dòng)輻射能量，而電視、電腦和膝上型電腦則不應(yīng)該輻射能量。

產(chǎn)品的種類和測試機(jī)構(gòu)不同，EMI/EMC的測試要求也不同。但還是可以將EMI/EMC測試大致分為兩類：

輻射：該測試限定了某產(chǎn)品輻射或傳導(dǎo)的信號幅度和頻率，從而使其不會(huì)對其它產(chǎn)品產(chǎn)生干擾。

敏感度(也稱為抗擾度)：該測試通過限定會(huì)干擾設(shè)備正常工作的輻射和傳導(dǎo)信號的幅度和頻率，說明產(chǎn)品的輻射抑制能力。

如上所述，EMI可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。由于所有的EMI輻射都是由電流產(chǎn)生的，因此這兩種干擾彼此相關(guān)。但并不是所有的電流都會(huì)產(chǎn)生輻射。因此，首先要分析和抑制輻射干擾問題，然后再處理傳導(dǎo)干擾問題。對于這兩種干擾來說，輻射干擾更難預(yù)測和抑制。因此它是造成大多數(shù)非主動(dòng)輻射產(chǎn)品EMI測試失敗的主要原因。在此，我們將著重討論如何解決眾多產(chǎn)品中普遍存在的音頻/視頻接口的輻射干擾問題。

可以采用多種方法來滿足EMI/EMC規(guī)則中所限定的條件。但這些方法大都可以歸入屏蔽和濾波兩大類。在實(shí)際產(chǎn)品中，這些方法都要與特定的應(yīng)用相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全面的EMI解決方案。例如，在大多數(shù)產(chǎn)品中，都會(huì)用一個(gè)金屬殼體來屏蔽輻射，同時(shí)利用L-C或R-C濾波器來降低輸入/輸出線的傳導(dǎo)干擾。此外，還可以使用一個(gè)抖動(dòng)時(shí)鐘來擴(kuò)展頻譜范圍，以降低特定應(yīng)用的濾波或屏蔽要求。

當(dāng)產(chǎn)品的EMI性能基本達(dá)到要求時(shí)，都會(huì)被拿到認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行正規(guī)測試。如果產(chǎn)品通過了測試，就可以投放市場;而不能通過測試就意味著存在問題。解決問題時(shí)，即使一個(gè)小小的改動(dòng)也要花費(fèi)很長時(shí)間。這樣就可能耽誤產(chǎn)品的上市時(shí)間，因?yàn)閲H和國內(nèi)市場都要求產(chǎn)品必須通過EMI/EMC兼容性測試1。這樣一來，EMI設(shè)計(jì)常常要犧牲產(chǎn)品的視頻性能，以確保其通過測試。在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，需要考慮通過EMI測試所需要的元器件的物理尺寸和成本，因此更會(huì)以犧牲視頻性能作為代價(jià)。

現(xiàn)代音頻/視頻模擬接口的尺寸不斷減小，而性能期望值卻很高，這對設(shè)計(jì)提出了非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。要解決這一問題，首先要找出大多數(shù)EMI/EMC測試失敗的源頭;然后再探究可行的解決方案。測試失敗的源頭

EMI/EMC測試失敗通常發(fā)生在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中最薄弱的環(huán)節(jié)—信號(和干擾)從這個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)入或離開經(jīng)過屏蔽和濾波的機(jī)構(gòu)。在音頻/視頻接口中，最薄弱的地方就是連接設(shè)備的電纜，它們相當(dāng)于天線。對于電腦來說，將顯示器和揚(yáng)聲器連接至PC的電纜是最薄弱的環(huán)節(jié)，它常常會(huì)引起EMI/EMC問題。我們可能會(huì)認(rèn)為只有高帶寬的視頻接口才會(huì)產(chǎn)生這種問題，而低頻音頻接口不會(huì)有這種問題。所有放大器都采用A類音頻放大器時(shí)確實(shí)是這樣。然而，目前所采用的高效D類放大器2都具有高頻開關(guān)信號，如果不進(jìn)行適當(dāng)?shù)臑V波和屏蔽，也會(huì)存在EMI問題。

過去，可以采用大型外部濾波器和/或屏蔽電纜來解決這些問題。但是這些方法不僅增加了成本，而且還影響了產(chǎn)品性能和增大了產(chǎn)品尺寸。隨著這些產(chǎn)品的尺寸不斷縮小，演變?yōu)楫?dāng)前的音頻/視頻播放器，EMI/EMC解決方案必須在保持甚至改善系統(tǒng)性能的同時(shí)減小產(chǎn)品尺寸。為實(shí)現(xiàn)這一目的，開發(fā)出了諸如MAX9511圖形視頻接口和MAX9705 D類音頻放大器等小型器件，這些器件能夠提供優(yōu)異的EMI性能。為了展示這種改進(jìn)是如何實(shí)現(xiàn)的，可以考察一臺普通PC的音頻和顯示器接口73，以及這些纖巧的器件所提供的EMI性能。首先，我們應(yīng)該了解音頻/視頻接口設(shè)計(jì)中必須解決的各種EMI問題，然后給出解決這些問題的方法。

視頻和EMI

計(jì)算機(jī)普遍采用的視頻格式，也就是我們所說的“圖形”，和電視的視頻形式是不一樣的4。計(jì)算機(jī)視頻具有紅、綠和藍(lán)色(R、G、B)模擬視頻信號，以及包括行、場同步和DDC5組成的邏輯信號，所有這些信號都具有快速上升/下降時(shí)間。視頻連接器通常采用高密度超微D型連接器，用來連接顯示器和PC (圖1)。雖然這個(gè)方案結(jié)合了視頻信號屏蔽(同軸)和共模扼流圈(CMC)等措施來降低輻射和傳導(dǎo)EMI，但還是需要增加濾波環(huán)節(jié)，才能夠確保滿足EMI要求。在廣播視頻應(yīng)用中，采用類似的濾波措施來消除電視圖像中的混疊瑕疵。然而在圖形視頻中卻不能這么做，因?yàn)閳D形視頻的目的是在盡可能高的分辨率下重現(xiàn)“開” “關(guān)”像素的棋盤狀圖案。因此，為實(shí)現(xiàn)最佳的顯示性能，我們希望帶寬越大越好。但在實(shí)際應(yīng)用中，必須權(quán)衡考慮EMI和視頻性能，因此只好犧牲視頻帶寬。對于多信號視頻接口，多種因素需要權(quán)衡考慮。

圖1. 典型的VGA連接方式以及產(chǎn)生輻射EMI的視頻信號

例如，對視頻信號進(jìn)行濾波時(shí)，會(huì)產(chǎn)生時(shí)間延遲，而如果各