导读：功率电感和铁氧体磁环的价格差异明显，这推动了D类音频放大器滤波规划步入无电感年代。但一起，在铁氧体磁珠的作用下，滤波器的截止频率会急剧飙升，从几千赫兹增加到几兆赫兹;然后削弱了滤波器的EMI按捺作用。因而，D类运用亟需下降EMI噪声。在D类音频无电感运用中，要获得杰出的EMI成果取决于电路板电平调整与恰当的PCB布局。铁氧体磁环装备恰当的电容能够下降D类输出边际速率，但一起也会发生一些瞬时振动，加重传导性电磁搅扰，因而，需求运用佐贝尔电路下降瞬时振动。
本文将介绍一些电路板电平调整技能，包含铁氧体磁珠挑选准则——下降边际速率，佐贝尔网络调整办法——削减瞬时振动，以及恰当的PCB布局等。这些解决方案经过运用TI最新的EMI优化D类音频放大器TPA3140D2，协助客户大幅节省体系规划本钱，一起获得超卓的音频功能。
无电感滤波器
无电感规划的意图是运用本钱低价的铁氧体磁珠代替贵重的电感，为客户完成体系层面上的 低本钱EBOM(工程资料账单)方针。铁氧体磁珠等同于多层片式电感。受当时铁氧体磁环资料和制作技能的约束，此类电感很难一起接受大电流、高阻抗。以日本东光多层片式电感为例，假如工程师将额外直流电流值设定为>2.5A，则绝大多数电感值将低于1uH。行内别的一家的产品顺络铁氧体磁珠系列(UPZ2012)也有相似体现：假如最大额外电流大于2.5A，铁氧体磁环磁珠平等电感值小于0.6uH。
表1为UPZ2012系列铁氧体磁珠在100MHz的阻抗、以及不同铁氧体磁环的最大额外电流和最大直流电阻。
表1 2012型贴片铁氧体磁环的阻抗与最大电流
如图1所示，“120Ω@100MHz 铁氧体磁珠”的平等电感值为0.39uH，而 600Ω@100MHz 铁氧体磁珠，平等电感值为1.59uH。
图1 铁氧体磁珠平等电感值
铁氧体磁珠作业时相当于一个并联谐振回路，好像电感在低频域(100MHz)、电容在高频域(>100MHz)作业相同、也好像一个纯电阻在自身的谐振频率点相同。在运用铁氧体磁珠设定输出滤波器时，其根底便是运用它的电感特性。由于每个LC滤波器 (无源滤波器)均具有自身的谐振频率，在此频率点，滤波器的增益很大，导致过滤后发生瞬时振动。R1和C1将吸收由IC自身形成的振动能量，一般运用10Ω的电阻和330pF的电容。R2和C2将吸收由滤波器自身形成的振动能量。
图2 铁氧体磁珠滤波器规划
怎么运用无电感滤波器完成低EMI方针?
· 定见1：挑选铁氧体磁珠下降边际速率
TI 设备中运用了一些技能，尽量下降5MHz频带(此频率一般为铁氧体磁珠滤波器的截止频率)范围内传导的EMI噪声。扩展频谱、L和R声道(D类立体声音频)的相移等也会有必定的协助。关于小于5MHz的 EMI带宽，尤其是当开关频率约为300kHz(以获得较佳功率)，试验成果显现削减边际速率是下降EMI的有用办法。
图3 不同阻抗铁氧体磁环的边际速率
图3中，较高的铁氧体磁珠阻抗能够完成较低边际速率的D类输出;运用600ohm@100MHz 的铁氧体磁珠，能够获得最低边际速率的D类输出，终究在高频段完成最佳EMI成果。可是，阻抗较高意味着额外电流较小。表1中，阻抗=600ohm@100MHz，最大额外电流为2A。以电视客户为例：
电视运用示例：PVDD (功率电源)= 12V，扬声器负载=8Ω，BD形式，疏忽PCB与铁氧体磁珠的导通电阻和直流电阻。最大电流 = 12/8 = 1.5A。
在PVDD = 12V /8Ω扬声器的状况下，工程师能够运用600ohm@100MHz的铁氧体磁珠来规划滤波器。
图4为铁氧体磁珠关于传导性EMI的作用
图4 铁氧体磁珠关于传导性EMI的作用
图5为铁氧体磁珠关于辐射性EMI的作用
图5 铁氧体磁珠关于辐射性EMI的作用
定见2：运用佐贝尔网络，尽量下降瞬时振动。
图6为咱们规划的用于下降输出滤波电路振动效应的典型电路。R1和C1将吸收由%&&&&&%自身形成的振动能量。R2和C2 用于吸收由滤波器谐振频率形成的振动。
图6 调谐，以削减振动、下降边际速率
图7.a中，在传导性EMI测验噪音频带，捕获到周期为350ns的振动(约2.85MHz)，其能量在佐贝尔网络之后现已大幅削弱，并获得更高边际增益。
图7 调整佐贝尔网络和%&&&&&%(削减振动，获得较慢的边际速率)
不过又呈现了别的一个问题，图8显现振动加重了2MHz~4MHz的频带噪声(假如D类输出电流增加的话，振动会愈加严峻)。从理论上讲，谐波重量越高，振幅应该越小，可是，滤波器的谐振频率点改变了这一状况。咱们看一下图7.a，与设置4比较，设置3在2MHz~5MHz频带具有更好的噪声按捺才能。终究，设置3在削减振动方面体现出最佳的调优作用，而且获得了较低的边际速率，及杰出的2MHz~5MHz的EMI裕量。
图8 振动加重2MHz~4MHz 频带噪声(设置4)
PCB布局
图9为TI无电感D类音频参阅规划电路板(TPA3140D2)。图10是典型的输出运用电路原理图。
a. 滤波器PCB面积(无电感) b. 滤波器PCB空间(带电感)
图9 TPA3140 EVM板(左)节省了许多滤波器PCB空间
图10 TPA3140典型输出运用电路原理图
l 滤波器PCB布局
为尽可能削减滤波器电流回路(电流回流至GND)，保证电流环路小。
1) 将铁氧体磁珠尽可能接近输出引脚。
2) 尽量削减滤波器接地的电流回路(C8至D类接地引脚)
3) 尽量保证滤波器和D类设备的底层是一个完好的接地层。
4) 假如要增加佐贝尔网络来削减振动，将佐贝尔网络尽可能接近滤波器。
5) 将缓冲电路尽可能接近设备的输出引脚。
图10 滤波器布局
· PVCC布局
图11 PVCC布局
定论
TI最新无电感D类立体声放大器(TPA3140)使无电感规划在中等功率D类运用中得以完成。依据不同的扬声器线长度和输出功率(电流)要求，音响体系工程师能够运用本文中讲到的一些电路板电平调谐技能，包含铁氧体磁珠挑选准则(下降边际速率)、佐贝尔网络调谐办法(削减振动)以及恰当的PCB布局等，终究，在客户体系级测验中，得以使TPA3140完成满足的EMI裕量。现在用户规划获得的反应显现，TI TPA3140是一款真实的无电感中等功率D类音频放大器，能够协助客户在下降体系BOM本钱、更小的PCB尺度、杰出的EMC裕量及安稳杰出的音频功能等方面获得最佳平衡。
