中心議題：
- 手機中D類(lèi)放大器中EMI的產(chǎn)生
- 手機中D類(lèi)放大器中EMI的改善措施
解決方案：
- EEE技術(shù)降低手機中D類(lèi)放大器的EMI
- 合理的PCB布局改善手機D類(lèi)放大器的EMI
D類(lèi)放大器開(kāi)關(guān)輸出的拓撲結構帶來(lái)了高頻的EMI，如何控制好D類(lèi)放大器的EMI，是系統工程師必須要考慮的方面。本文介紹手機D類(lèi)放大器中EMI的產(chǎn)生及D類(lèi)放大器EMI的改善措施。
D類(lèi)放大器中EMI的產(chǎn)生
變化的電壓和電流信號會(huì )產(chǎn)生電磁場(chǎng)輻射，形成電磁波干擾（EMI：Electro-Magnetic Interference），這些電磁波信號會(huì )影響收音機、電視和手機等產(chǎn)品的正常工作。為了防止電子設備的EMI問(wèn)題，世界各國都制定了相關(guān)的標準規定，如美國的聯(lián)邦通信委員會(huì )（FCC：Federal Communication Commission）的認證，目的都是限制電子產(chǎn)品的電磁波輻射。
EMI測試是在特定的電波暗室中進(jìn)行的，測量由產(chǎn)品中輻射出來(lái)的電磁波強度，與FCC等規范相比較，不得超過(guò)規定的最大能量。FCC規范中將產(chǎn)品按用途分為CLASS A 、CLASS B 兩大類(lèi)，A 類(lèi)為用于商務(wù)或工業(yè)用途的產(chǎn)品，B 類(lèi)為用于家庭用途的產(chǎn)品， FCC 對 B 類(lèi)產(chǎn)品法規要求更嚴格。下表顯示的是FCC 規范的CLASS A和CLASS B標準：
傳統D類(lèi)放大器開(kāi)關(guān)輸出的拓撲結構是一個(gè)很好的EMI發(fā)射源：如調制的開(kāi)關(guān)信號，開(kāi)關(guān)信號的邊沿變化，電源線(xiàn)上變化的電流信號等都會(huì )產(chǎn)生大量的EMI，如下圖所示。
不同的發(fā)射源對應了不同的EMI頻譜，由于D類(lèi)放大器的調制頻率一般在250kHz到1.5MHz之間，因此調制的開(kāi)關(guān)信號和電源線(xiàn)上變化的電流信號帶來(lái)的EMI主要集中在10MHz以下的頻段；而方波的邊沿變化一般是在納秒級別的，因此它們所帶來(lái)的EMI主要集中在幾十MHz到幾GHz的高頻段。
EMI主要通過(guò)PCB的走線(xiàn)、通孔和揚聲器的連線(xiàn)向外輻射，較大能量的EMI輻射需要一個(gè)“高效率”的天線(xiàn)，對不同的頻率，一個(gè)有效的天線(xiàn)長(cháng)度是該頻率波長(cháng)的四分之一（λ/4），小于這個(gè)長(cháng)度，就不能形成有效的對外輻射。對30MHz的頻率，采用一般的FR4的PCB板，天線(xiàn)長(cháng)度需要大于114.1cm才能形成有效的輻射。所以在手機上采用D類(lèi)放大器時(shí)，在放大器輸出的PCB走線(xiàn)和揚聲器連線(xiàn)上的方波邊沿變化是EMI的最重要來(lái)源。特別是手機應用中所關(guān)心的一些頻段，如下表所示：基本都在100MHz以上，因此我們需要特別地關(guān)注由方波邊沿變化所引起的EMI輻射。
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對前面傳統D類(lèi)放大器的輸出波形，由傅里葉分析可知，方波納秒級的邊沿變化和高頻的振鈴會(huì )引入非常大的高頻EMI，嚴重影響FM、手機模擬電視等的接收效果，容易出現收聽(tīng)雜音或雪花臺的情況，讓系統工程師頗感頭痛。
EEE技術(shù)降低D類(lèi)的EMI
艾為的音樂(lè )功放（Music-PA）AW8010、AW8110、AW8145采用獨特的、擁有專(zhuān)利的EEE（Enhanced-Emission-Elimination）技術(shù)，針對D類(lèi)放大器的EMI問(wèn)題，優(yōu)化了輸出級的設計，極大地降低了EMI，簡(jiǎn)化了設計。
方波的邊沿變化包含了大量的高頻能量，會(huì )對系統內的電子設備造成很大的EMI干擾，EEE技術(shù)通過(guò)特有的邊沿速率控制優(yōu)化了輸出的方波信號，可以有效地控制高頻能量的EMI輻射，同時(shí)不影響D類(lèi)放大器的其他性能。
下面是傳統D類(lèi)放大器和帶有EEE技術(shù)的AW8010的EMI測試結果，測試使用60cm（24inch）的輸出線(xiàn)。上面的紅色實(shí)線(xiàn)是FCC CLASS B的標準線(xiàn)，紅色虛線(xiàn)是-6dB的裕量線(xiàn)，藍色的線(xiàn)是實(shí)際測試曲線(xiàn)，粉色的線(xiàn)是測試環(huán)境的EMI背景噪音。
從上圖的測試結果可以看出，帶有EEE技術(shù)的AW8010的實(shí)測結果與測試環(huán)境的EMI背景噪聲基本一樣。在高頻射頻段，傳統D類(lèi)放大器的EMI輻射與背景噪聲差別也不大，但在80～500MHz的頻段內，有相當大的EMI輻射，因此系統工程師在使用D類(lèi)放大器的時(shí)候會(huì )發(fā)現射頻模塊的靈敏度受到的影響較小，但對FM、手機模擬電視的靈敏度影響很大，甚至不能正常工作，采用EEE技術(shù)后，在該頻段有超過(guò)20dB的裕量，極大地改善了D類(lèi)放大器對FM、手機模擬電視的影響。
下圖是傳統D類(lèi)放大器和帶EEE技術(shù)的AW8010對FM接收信號的信噪比影響。傳統D類(lèi)放大器對FM的影響很?chē)乐?，信號變差甚至丟臺，而帶EEE技術(shù)的AW8010對FM影響很小，降低了系統工程師的調試難度。
合理的PCB布局改善EMI
EEE技術(shù)顯著(zhù)地改善了D類(lèi)放大器的EMI問(wèn)題，簡(jiǎn)化了PCB設計，使PCB的布線(xiàn)更加寬松，但任何手段都沒(méi)有辦法完全地消除這個(gè)問(wèn)題。EMI設計就像“矛”和“盾”的關(guān)系，發(fā)射源是“矛”，發(fā)射源到敏感模塊的防護是“盾”，“矛”鈍“盾”堅，就不會(huì )有EMI的問(wèn)題，如果“矛”很鈍，但“盾”也很脆弱，那還是會(huì )有EMI的問(wèn)題。因此，在使用D類(lèi)放大器的時(shí)候，在PCB的布局上需要仔細考慮。
首先是輸出線(xiàn)，要將放大器到揚聲器的連線(xiàn)盡量縮短，這是最有效地降低EMI的方法；而且輸出布線(xiàn)不要經(jīng)過(guò)或太靠近敏感的信號線(xiàn)和電路。
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還有電源、地線(xiàn)的布局也很重要。功放電源上電流波動(dòng)很大，因此電源上的濾波電容要盡量靠近功放芯片放置；同時(shí)合適地進(jìn)行布線(xiàn)以便可以預測電流走向，最好采用星形接法。
對翻蓋手機的布線(xiàn)可能會(huì )遇到一個(gè)問(wèn)題，翻蓋手機的上部和下部通過(guò)柔性電纜連接，電纜中包含電源、地還有LCD顯示的數據線(xiàn)，如果在翻蓋手機的上部裝有揚聲器，那么輸出的音頻信號也需要通過(guò)這根電纜，當音頻信號線(xiàn)靠近顯示數據線(xiàn)時(shí)，就可能會(huì )破壞顯示的數據，因此需要將這兩種信號線(xiàn)分開(kāi)，同時(shí)加上地線(xiàn)隔離。不過(guò)對這種情況最好還是加上磁珠和電容來(lái)抑制高頻的EMI，并盡可能地將磁珠、電容靠近放大器放置。磁珠的選擇也很重要，采用高阻抗、低直流電阻、大額定電流的磁珠可以很好的起到高頻EMI的抑制作用，同時(shí)對放大器的其他性能影響很小。
如下圖所示，在進(jìn)行D類(lèi)放大器的PCB布局時(shí)，為了抑制高頻EMI，以下兩點(diǎn)很重要：
1：輸出布線(xiàn)盡量短而寬。
2：磁珠、電容緊靠芯片輸出管腳放置，盡量減短輸出管腳到磁珠的布線(xiàn)長(cháng)度。
同時(shí)，功放的其他外圍器件也盡量緊靠芯片放置，還有電源、地線(xiàn)采用星形接法都對提高D類(lèi)功放的性能有好處。
AW8010 PCB布局示意圖
高效率、低功耗使得D類(lèi)放大器的應用越來(lái)越廣泛，D類(lèi)放大器EMI也越來(lái)越受到關(guān)注。采用艾為帶有EEE技術(shù)的AW8010、AW8110、AW8145，極大地降低了EMI的輻射，簡(jiǎn)化了設計。其中音樂(lè )功放AW8110、AW8145同時(shí)還采用了獨特的、擁有專(zhuān)利保護的無(wú)破音（NCN：Non-Crack-Noise）技術(shù)，提高音質(zhì)的同時(shí)有效地保護揚聲器，是音樂(lè )手機等便攜式設備的理想選擇。
艾為音樂(lè )功放產(chǎn)品列表
