中心議題：
- 如何提升D類放大器的EMI性能
解決方案：
- 調(diào)制拓?fù)?/strong>
- 擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)
- 有源輻射限制
D類放大器以其超高的效率吸引著廣大設(shè)計(jì)工程師的青睞,，從而在電池供電的各種電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用,。但是，只要在系統(tǒng)中采用D類放大器,，設(shè)計(jì)師們可能都必須在以下幾個(gè)方面采取折衷,，主要包括EMI干擾，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高,，以及需要較多的外部元器件而導(dǎo)致的成本過高等問題,。
對(duì)于EMI問題，這是由于D類放大器的開關(guān)特性所導(dǎo)致的固有特性,。對(duì)于不同的應(yīng)用來說,，可能對(duì)EMI性能的需求是不一樣的。在許多應(yīng)用中這是一個(gè)極為關(guān)鍵的指標(biāo),。針對(duì)這一問題,，器件提供商一直都在尋求解決方案。在第十四屆國(guó)際集成電路研討會(huì)暨展覽會(huì)深圳站春季展上,，IC巨頭Maxim公司展出了一系列超低EMI干擾的新型D類放大器,。
該系列器件之所以能夠取得極好的EMI性能，主要在于我們采取了3項(xiàng)專利技術(shù),，他們分別是特殊的調(diào)制拓?fù)浞桨?、擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)和有源輻射限制技術(shù)，該公司的多媒體業(yè)務(wù)部門的音訊產(chǎn)品業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理Roderick Hogan介紹道,。
調(diào)制拓?fù)?/strong>
在傳統(tǒng)的D類放大器中,，采用的是PWM調(diào)制技術(shù)，這種技術(shù)以高效率著稱,，但問題是其內(nèi)在的高速開關(guān)特性,，產(chǎn)生了大量的EMI干擾，即便是采用非?？季康臑V波器來濾除這些干擾，也無法滿足足夠的EMI性能,，還有一個(gè)問題就是較差的音質(zhì)問題,。
為了改善這個(gè)問題，Maxim采用了全新的調(diào)制拓?fù)浞桨?，這種調(diào)制方案中省去了包含體積頗大的電感器的濾波器,，稱作為無濾波調(diào)制技術(shù)，該公司的MAX9700系列就屬于這類器件,。其調(diào)制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示,。
圖1： MAX9700無濾波D類放大器的調(diào)制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
根據(jù)Roderick Hogan的介紹，在這種調(diào)制結(jié)構(gòu)中,，比較器基準(zhǔn)采用鋸齒波,，與音頻輸入進(jìn)行比較,。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中采用雙半橋?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)，每個(gè)半橋中都有自己的比較調(diào)制器和放大器,，這種設(shè)計(jì)使得兩個(gè)輸出同時(shí)導(dǎo)通時(shí)間最短,。從而保證了很低的功耗，特別是由于雙半橋的采用,，利用同芯片的一致性,，實(shí)現(xiàn)了完美的對(duì)稱差分結(jié)構(gòu)，使得共模干擾信號(hào)得到較好的抵消,，徹底省去了外部的LC地通濾波器,，降低EMI干擾的同時(shí)，還保證了低功耗和高音質(zhì),。
擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)
在Maxim的新型D類放大器中,， 還采用了另一項(xiàng)專利技術(shù)，即擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù),。該技術(shù)中對(duì)放大器的開關(guān)頻率進(jìn)行隨機(jī)擴(kuò)頻調(diào)制,。擴(kuò)頻后并不影響音頻信息，而是將音頻能量擴(kuò)展到更寬的頻譜上,，而并非像擴(kuò)展前那樣,，只是集中在開關(guān)頻率及其各次諧波上。通過擴(kuò)頻,，降低了輸出端上的高頻能量,，從而大幅提升了EMI性能。“實(shí)際上,，擴(kuò)頻系數(shù)并不需要太高,，根據(jù)我們的試驗(yàn)，±6%是最佳值”,，Roderick Hogan介紹說,。圖2和圖3顯示了擴(kuò)頻前后的實(shí)際效果對(duì)比。圖中可以看出,，通過擴(kuò)頻,，擴(kuò)頻后的3次諧波就已經(jīng)降到了基底噪聲中了。
圖2：擴(kuò)頻前的開關(guān)頻率及其諧波分布特性
圖3：擴(kuò)頻后的開關(guān)頻率及其諧波分布特性
有源輻射限制
在Maxim的D類音頻放大器中,，除了采用上述兩種專利技術(shù)外,，還采用了有源噪聲限制技術(shù)。有源輻射限制指的是,，通過有源輻射限制電路設(shè)置放大器的最小脈寬,，再結(jié)合交叉切換、上升/下降時(shí)間以及時(shí)鐘頻率的控制,，則可以將工作過程中產(chǎn)生的功率譜限制在一個(gè)指定的輸出功率電平以下,。這樣做的目的就是將頻譜降低到某一水平,，使得設(shè)備在無任何外部濾波以及接有較長(zhǎng)的外部揚(yáng)聲器連線的情況下，其EMI特性仍能滿足輻射限制要求,。
實(shí)際上,，采用有源輻射限制的意圖也是圍繞著降低EMI干擾的。因?yàn)楫?dāng)輸出功率較高時(shí),，即便是只有幾英寸的喇叭連線,，其作用就像一根天線，輻射出很高的能量,，從而嚴(yán)重威脅著EMI性能,。此時(shí)，簡(jiǎn)單地通過改變時(shí)鐘頻率已經(jīng)不太有效,，而是需要改變放大器自身的PWM波形,。這就是為什么Maxim的D類放大器（如MAX9705）不采用脈沖波而是采用鋸齒波的真正原因，Roderick Hogan介紹說,。
基于我們上述幾種專利的特殊技術(shù),，保證了我們的D類放大器的獨(dú)特EMI性能，允許的引線長(zhǎng)度可以長(zhǎng)達(dá)20多英寸,，工程師在設(shè)計(jì)過程中具有很好的選擇靈活性,。但Roderick Hogan也特別提醒道，設(shè)計(jì)師在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中仍需注意的是要適度注意揚(yáng)聲器的電纜長(zhǎng)度選擇,，因?yàn)樵谟行┫到y(tǒng)中,，過長(zhǎng)的電纜引起的EMI輻射還是不容小覷的。