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、訊號穩(wěn)定等特點,力水清木華研究報告指出,受音頻播放器節(jié)能、輕薄短小需求的推動,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 噪聲對于周圍設備和電路的干擾是完全不可預知的。手機中有大量的RF系統(tǒng),比如通話,收音機等功能。一般來說,對于EMI會要求達到相關規(guī)定。印刷電路板、時鐘電路、振蕩器、數(shù)字電路和處理器會成為電路內(nèi)部 EMI 源。對電流執(zhí)行開關操作的一些機電裝置,在關鍵操作期間會產(chǎn)生 EMI。這些 EMI 信號不一定會對其他電子設備產(chǎn)生負面影響。EMI 信號的頻譜成分和強度,決定了它是否會對敏感型電路產(chǎn)生意想不到的影響。
對于D類功放來說,減小EMI,主要有兩個辦法:
1、對于功放的采樣頻率采用擴頻技術,使得由于采樣頻率導致的EMI干擾頻譜比較平均,達到降低EMI的目的。
2、控制輸出管的開啟和關斷時間,進而控制邊緣的EMI干擾。一般認為第2點是影響D類功放EMI的主要因素。
對于PWM信號的頻譜成分簡化為其頻率和上升時間。時鐘或者系統(tǒng)頻率建立電路的時間基準,但其邊緣率形成干擾諧波。EMI的能量主要取決于變化時間和變化幅度的大小。電磁干擾(EMI)有兩種傳播途徑:傳導和輻射。即電磁干擾分為傳導性電磁干擾和輻射性電磁干擾兩種。當電磁干擾波的頻率小于30MHz時,電磁干擾主要是以傳導方式在電子設備中產(chǎn)生傳導性噪聲;當電磁干擾波的頻率高于30MHz時,電磁干擾主要以輻射方式在電子設備中產(chǎn)生輻射噪聲。目前通用的EMI標準為FCC和CISPR,主要關注的是30MHz頻帶內(nèi)的干擾。
產(chǎn)生EMI的最大頻率和邊沿變化時間的關系對應如下式所示,比如當邊緣變化時間為10ns的時候,計算得到fmax=31.8MHz,也就是說,系統(tǒng)會受到在31.8MHz內(nèi)的頻率影響。
D類功放也具有缺點,當D類功放的輸出信號為大電流且高速度的脈寬調(diào)制開關信號,開關信號藉由喇叭線傳遞至喇叭時,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接收機天線端的接收訊號。當D類功放動作時,其輻射出來的諧波訊號如沒有效處理,結果將如圖二,諧波訊號覆蓋原有的FM訊號,使FM收訊品質(zhì)下降,甚至無法接收
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EMI干擾問題可從輻射及傳導兩方面著手,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。
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經(jīng)由電源/地線的傳導發(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。
● 降低干擾信號的強度也可以。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度。
降低干擾輻射波強度的方法是使用電感電容濾波器(LC Filter)將D類功放的開關信號濾波而取出其音頻信號,再經(jīng)喇叭線傳至喇叭。如此喇叭線的傳遞信號為音頻信號而高頻的開關信號已被大幅衰減。由于D類功放在便攜式電子產(chǎn)品的應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即可達到效果。
另一降低干擾信號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間做變更,如此則干擾信號即被分布在某幾個頻率區(qū)而非全部集中在一個頻率區(qū)。如果高頻載波頻率平均輪換于10個頻率則理論上EMI即可降低10db。
● 使用跳頻的方法也可以有效避免干擾。如果接收機在接收某個頻率時被D類功放
的高頻開關信號所干擾,則可將D類功放的高頻開關頻率跳至另一頻率。由于D類功放的音頻內(nèi)容與其載波或開關頻率無關,此種方法并不影響音頻信號的內(nèi)容。只要此開關頻率不在接收機的帶通濾波器(Bandpass Filter)范圍內(nèi),接收機即可有效的抑制干擾信號。
● 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,進而使得FM接收正常。但當FM接收機與D類功放結合時, 此屏蔽方式便不適用,須從D類功放的EMI防治著手。 |