基于便攜式設(shè)備可降低電磁干擾(EMl)新技術(shù)的應(yīng)用

圖5 利用D類放大器延長電池使用壽命示意圖

該解決方案應(yīng)用范圍為：音頻基座、迷你揚(yáng)聲器與輕便型收錄機(jī)。其特性為：8Ω揚(yáng)聲器提供的88%的 D類放大效率；集成DC音量控制范田為-38dB至20dB，而步長為2dB;低噪聲，電源紋波抑制比(PSRR)為70dB;TPA2008D2型為 24引腳HTSSOP封裝。擴(kuò)譜調(diào)制的應(yīng)用是降低EMI有效技術(shù)

有必要先介紹何謂擴(kuò)譜調(diào)制技術(shù)。通過展寬信號(hào)頻譜來減少EMI的需求，根據(jù)這個(gè)基本概念加以拓展的主要優(yōu)化技術(shù)被稱為優(yōu)化擴(kuò)譜調(diào)制或稱頻譜擴(kuò)散(OSD)。它極大地減少了EMI，而沒有受頻譜展寬時(shí)鐘(SSC)抖動(dòng)問題的困擾。

應(yīng)該說，免濾波器工作方式的一個(gè)缺點(diǎn)就是可能通過揚(yáng)聲器電纜輻射EMI。由于D類放大器的輸出波形為高頻方波，并具有陡峭的過渡邊沿，因此輸出頻譜會(huì)在開關(guān)頻率及開關(guān)頻率倍頻處包含大量頻譜能量。在緊靠器件的位置沒有安裝外部輸出濾波器的話，這些高頻能量就會(huì)通過揚(yáng)聲器電纜輻射出去。免濾波器D類放大器采用“擴(kuò)譜調(diào)制“方案，可幫助緩解可能的EMI問題。

擴(kuò)展頻譜模式下，采樣時(shí)鐘頻率在規(guī)定的范圍內(nèi)逐周期變化，使輸出頻譜的分布比較平坦，從而改善了經(jīng)過喇叭或音頻線纜的EMI輻射，見圖6所示。采樣頻率的變化不會(huì)破壞音頻信號(hào)的恢復(fù)，也不會(huì)降低整體效率。

圖6 擴(kuò)展頻譜模式下改善了經(jīng)過喇叭或音頻線纜的EMI輻射

一些D類放大器也可允許接受外部的系統(tǒng)頻率同步，來降低或避開敏感的頻帶。另外，現(xiàn)代D類放大器具有主動(dòng)幅射限制電路(AEL)，AEL電路會(huì)在輸出瞬變時(shí)主動(dòng)控制輸出FET的柵極，避免傳統(tǒng)D類放大器中因感性負(fù)載的續(xù)流所引起的高頻幅射，進(jìn)而降低EMI。

例如 MAX9705、MX9773兩款現(xiàn)代D類放大器除了具有普通的固定頻率模式(FFM)、擴(kuò)展頻譜模式(SSM)、外部同步模式及SSM+AEL模式，用戶可利用其SYNC引腳設(shè)定取樣頻率。現(xiàn)代D類放大器，加上仿真程序的計(jì)算，可計(jì)算出各個(gè)模式下的EMI特性.擴(kuò)展頻譜模式+主動(dòng)幅射限制模式下，提供最佳的EMI抑制。通過抖動(dòng)或隨機(jī)化D類放大器的開關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)擴(kuò)譜調(diào)制。實(shí)際開關(guān)頻率相對(duì)于標(biāo)稱開關(guān)頻率的變化范圍可達(dá)到土10%。盡管開關(guān)波形的各個(gè)周期會(huì)隨機(jī)變化，但占空比不受影響，因此輸出波形可以保留音頻信息。圖7顯示以MAX9700為例的擴(kuò)譜調(diào)制的效果，是在OUT+或OUT-與地之間寬帶(為10KHz)的輸出頻譜測量效果，即擴(kuò)譜調(diào)制將MAX9700的頻譜能量分布在更寬的頻帶內(nèi)。

圖7 以MAX9700為例的擴(kuò)譜調(diào)制的效果，擴(kuò)譜調(diào)制將MAX9700的頻譜能量分布在更寬的頻帶內(nèi)

擴(kuò)譜調(diào)制有效展寬了輸出信號(hào)的頻譜能量，而不是使頻譜能量集中在開關(guān)頻率及其各次諧波上。換句話說，輸出頻譜的總能量沒有變，只是重新分布在更寬的頻帶內(nèi)。這樣就降低了輸出端的高頻能量峰，因而將揚(yáng)聲器電纜輻射EMI的機(jī)會(huì)降至最少。雖然一些頻譜噪聲可能由擴(kuò)譜調(diào)制引入音頻帶寬內(nèi)，這些噪聲可以被反饋環(huán)路的噪聲整形功能抑制掉。

很多現(xiàn)代免濾波器D類放大器還允許開關(guān)頻率同步至一個(gè)外部時(shí)鐘信號(hào)。因此用戶可以將放大器開關(guān)頻率設(shè)置到相對(duì)不敏感的頻率范圍內(nèi)。

盡管擴(kuò)譜調(diào)制極大地改善了免濾波器D類放大器的EMI性能，為了滿足FCC或CE輻射標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際上還是需要對(duì)揚(yáng)聲器電纜長度加以限制。如果設(shè)備因揚(yáng)聲器電纜過長而沒能通過輻射測試，則需要一個(gè)外部輸出濾波器來衰減輸出波形的高頻分量。對(duì)于許多具有適度揚(yáng)聲器電纜長度的應(yīng)用來說，在輸出端安裝磁珠/濾波電容即可滿足要求，見圖8(a)所示。

圖8(a) 輸出端安裝磁珠/濾波電容示意圖