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D類放大器及EMI抑制

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作者:Maxim公司 藍(lán)瑞立 黃大峰 時(shí)間:2007-03-30 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

摘要: 本文描述了的特點(diǎn)及問題。

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前言

在日新月異的多媒體時(shí)代,便攜式電子產(chǎn)品,如智能電話、PDA、MP3、PMP、DSC、DVC、NB等多媒體產(chǎn)品,對(duì)聲音質(zhì)量的要求越來越嚴(yán)格。另外,由于此類產(chǎn)品為電池供電,除了要求音質(zhì)的再突破外,也要求整體效率的提升,以達(dá)到高效、低功耗的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

此類產(chǎn)品的音頻模塊中,除了輸入端的信號(hào)源和輸出端的喇叭或耳機(jī)外,音頻放大器是一個(gè)非常重要的角色。目前廣泛用于便攜產(chǎn)品的音頻放大器有AB類和D類兩種。通常,AB類放大器能夠提供好的音質(zhì),但效率欠佳,耗電較大;而具有高效、低溫升效應(yīng)和高輸出功率等特點(diǎn)。

理論分析

AB類放大器的工作原理類似于線性調(diào)節(jié)器,效率差而且需考慮散熱問題;D類放大器的工作原理類似開關(guān)調(diào)節(jié)器,具有較高效率,無散熱問題,但電路需要一個(gè)采樣時(shí)鐘,該時(shí)鐘可以內(nèi)置于芯片內(nèi),也可以由外部提供。D類放大器的基本原理如圖1所示,內(nèi)部比較器的同相輸入端連接音頻信號(hào)源,反相輸入端連接采樣三角波信號(hào)。當(dāng)音頻輸入的電位高于三角波信號(hào)時(shí),比較器輸出為高電平;當(dāng)音頻輸入的電位低于三角波信號(hào)時(shí),比較器輸出為低電平。比較器的高、低電平輸出驅(qū)動(dòng)后續(xù)的MOSFET開關(guān),在MOSFET導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生電流推動(dòng)揚(yáng)聲器。如果在MOSFET后級(jí)加上LC濾波電路,則LC濾波器將MOSFET方波還原成與輸入類似的模擬音頻信號(hào)。

圖1 D類放大器的基本原理

傳統(tǒng)的D類放大器采用固定采樣頻率,存在較強(qiáng)的EMI,因此限制了D類放大器的使用。隨著IC設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷提升,Maxim擴(kuò)展頻譜技術(shù)在D類放大器的應(yīng)用,可有效抑制EMI,完全滿足FCC的EMI限制。圖2給出了固定頻率模式下D類放大器的輸出波形,其輸出頻譜為基波和對(duì)應(yīng)的高次諧波。有些D類放大器允許改變采樣頻率,使基波及高次諧波避開敏感頻段。

圖2 固定頻率模式(FFM)

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(圖3),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。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3 擴(kuò)展頻譜模式(SSM)

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,Maxim 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(如圖4)。

圖4 擴(kuò)展頻譜+AEL

Maxim新推出的MAX9705、MX9773兩款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(表1)。 

利用Maxim新推出的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,圖5對(duì)各種模式的EMI特性進(jìn)行了比較,擴(kuò)展頻譜模式+主動(dòng)幅射限制模式下,提供最佳的

a)  固定頻率模式下D類放大器的輸出頻譜

b)  擴(kuò)展頻譜模式下D類放大器的輸出頻譜

c)  擴(kuò)展頻譜+AEL模式下D類放大器的輸出頻譜

圖5 各種模式下D類放大器的輸出頻譜

結(jié)語(yǔ)

在手持式多媒體產(chǎn)品中使用D類放大器除了保持優(yōu)秀的音質(zhì)外,還可以有效延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間。對(duì)于需要大功率音頻驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品,如LCD監(jiān)視器、LCD電視等,選擇D類放大器還可以解決散熱問題。在日漸普及的音/視頻產(chǎn)品中,還需考慮EMI抑制問題。傳統(tǒng)的固定頻率模式(FFM)D類 放大器由于存在EMI設(shè)計(jì)問題,已被新推出的擴(kuò)展頻譜模式(SSM)所替代。而Maxim新推出的從小功率輸出到大功率輸出的D類 放大器,除了具有固定頻率模式(FFM)和擴(kuò)展頻譜模式(SSM)外,、還具有主動(dòng)幅射限制(AEL)功能,巧妙地利用這些模式可大幅度降低EMI輻射。

參考文獻(xiàn)
1.  MAX9705數(shù)據(jù)手冊(cè),Maxim公司
2.  MAX9773數(shù)據(jù)手冊(cè),Maxim公司



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