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体系工程师该怎么处理D类放大器的EMI问题

由于在效率上相对于AB类放大器的巨大优势,D类放大器的应用越来越广泛。根据市场调研机构 Gartner的报告,D类放大器在2006年至2011年之间的复合年成

因为在功率上相关于AB类放大器的巨大优势,D类放大器的使用越来越广泛。依据市场调研组织 Gartner的陈述,D类放大器在2006年至2011年之间的复合年生长率将达15.6%,从3.34亿美元生长至6.88亿美元,首要的生长动力来自于功耗灵敏及空间受限的消费类电子产品。但D类放大器开关输出的拓扑结构带来了高频的EMI,怎么操控好D类放大器的EMI,是体系工程师必需求考虑的方面。

D类放大器中EMI的发生

改变的电压和电流信号会发生电磁场辐射,构成电磁波搅扰(EMI:Electro-Magnetic Interference),这些电磁波信号会影响收音机、电视和手机等产品的正常作业。为了避免电子设备的EMI问题,世界各国都拟定了相关的规范规则,如美国的联邦通讯委员会(FCC:Federal Communication Commission)的认证,意图都是约束电子产品的电磁波辐射。

EMI测验是在特定的电波暗室中进行的,丈量由产品中辐射出来的电磁波强度,与FCC等规范相比较,不得超越规则的最大能量。FCC规范中将产品按用处分为 CLASS A 、 CLASS B 两大类, A 类为用于商务或工业用处的产品, B 类为用于家庭用处的产品, FCC 对 B 类产品法规要求更严厉。

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图1:FCC 规范的CLASS A和CLASS B规范

传统D类放大器开关输出的拓扑结构是一个很好的EMI发射源:如调制的开关信号,开关信号的边缘改变,电源线上改变的电流信号等都会发生很多的EMI,如下图所示。

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图2:D类放大器开关输出的拓扑结构

不同的发射源对应了不同的EMI频谱,因为D类放大器的调制频率一般在250kHz到1.5MHz之间,因而调制的开关信号和电源线上改变的电流信号带来的EMI首要会集在10MHz以下的频段;而方波的边缘改变一般是在纳秒等级的,因而它们所带来的EMI首要会集在几十MHz到几GHz的高频段。

EMI首要经过PCB的走线、通孔和扬声器的连线向外辐射,较大能量的EMI辐射需求一个“高功率”的天线,对不同的频率,一个有用的天线长度是该频率波长的四分之一(λ/4),小于这个长度,就不能构成有用的对外辐射。对30MHz的频率,选用一般的FR4的PCB板,天线长度需求大于 114.1cm才干构成有用的辐射。所以在手机上选用D类放大器时,在放大器输出的PCB走线和扬声器连线上的方波边缘改变是EMI的最重要来历。特别是手机使用中所关怀的一些频段,如下表所示:根本都在100MHz以上,因而咱们需求特别地重视由方波边缘改变所引起的EMI辐射。

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图3:手机使用中的一些频段

对前面传统D类放大器的输出波形,由傅里叶剖析可知,方波纳秒级的边缘改变和高频的振铃会引进非常大的高频EMI,严重影响FM、手机模仿电视等的接纳作用,简单呈现收听杂音或雪花台的状况,让体系工程师颇感头痛。

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