中心議題：
- 如何提升D類(lèi)放大器的EMI性能
解決方案：
- 調制拓撲
- 擴頻調制技術(shù)
- 有源輻射限制
D類(lèi)放大器以其超高的效率吸引著(zhù)廣大設計工程師的青睞，從而在電池供電的各種電子設備中得到了廣泛的應用。但是，只要在系統中采用D類(lèi)放大器，設計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)現復雜度高，以及需要較多的外部元器件而導致的成本過(guò)高等問(wèn)題。
對于EMI問(wèn)題，這是由于D類(lèi)放大器的開(kāi)關(guān)特性所導致的固有特性。對于不同的應用來(lái)說(shuō)，可能對EMI性能的需求是不一樣的。在許多應用中這是一個(gè)極為關(guān)鍵的指標。針對這一問(wèn)題，器件提供商一直都在尋求解決方案。在第十四屆國際集成電路研討會(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(lèi)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項專(zhuān)利技術(shù)，他們分別是特殊的調制拓撲方案、擴頻調制技術(shù)和有源輻射限制技術(shù)，該公司的多媒體業(yè)務(wù)部門(mén)的音訊產(chǎn)品業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理Roderick Hogan介紹道。
調制拓撲
在傳統的D類(lèi)放大器中，采用的是PWM調制技術(shù)，這種技術(shù)以高效率著(zhù)稱(chēng)，但問(wèn)題是其內在的高速開(kāi)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(lái)濾除這些干擾，也無(wú)法滿(mǎn)足足夠的EMI性能，還有一個(gè)問(wèn)題就是較差的音質(zhì)問(wèn)題。
為了改善這個(gè)問(wèn)題，Maxim采用了全新的調制拓撲方案，這種調制方案中省去了包含體積頗大的電感器的濾波器，稱(chēng)作為無(wú)濾波調制技術(shù)，該公司的MAX9700系列就屬于這類(lèi)器件。其調制拓撲結構如圖1所示。
圖1： MAX9700無(wú)濾波D類(lèi)放大器的調制拓撲結構
根據Roderick Hogan的介紹，在這種調制結構中，比較器基準采用鋸齒波，與音頻輸入進(jìn)行比較。拓撲結構中采用雙半橋對稱(chēng)結構，每個(gè)半橋中都有自己的比較調制器和放大器，這種設計使得兩個(gè)輸出同時(shí)導通時(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)現了完美的對稱(chēng)差分結構，使得共模干擾信號得到較好的抵消，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)。
擴頻調制技術(shù)
在Maxim的新型D類(lèi)放大器中， 還采用了另一項專(zhuān)利技術(shù)，即擴頻調制技術(shù)。該技術(shù)中對放大器的開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行隨機擴頻調制。擴頻后并不影響音頻信息，而是將音頻能量擴展到更寬的頻譜上，而并非像擴展前那樣，只是集中在開(kāi)關(guān)頻率及其各次諧波上。通過(guò)擴頻，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，擴頻系數并不需要太高，根據我們的試驗，±6%是最佳值”，Roderick Hogan介紹說(shuō)。圖2和圖3顯示了擴頻前后的實(shí)際效果對比。圖中可以看出，通過(guò)擴頻，擴頻后的3次諧波就已經(jīng)降到了基底噪聲中了。
圖2：擴頻前的開(kāi)關(guān)頻率及其諧波分布特性
圖3：擴頻后的開(kāi)關(guān)頻率及其諧波分布特性
有源輻射限制
在Maxim的D類(lèi)音頻放大器中，除了采用上述兩種專(zhuān)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(guò)有源輻射限制電路設置放大器的最小脈寬，再結合交叉切換、上升/下降時(shí)間以及時(shí)鐘頻率的控制，則可以將工作過(guò)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，使得設備在無(wú)任何外部濾波以及接有較長(cháng)的外部揚聲器連線(xiàn)的情況下，其EMI特性仍能滿(mǎn)足輻射限制要求。
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實(shí)際上，采用有源輻射限制的意圖也是圍繞著(zhù)降低EMI干擾的。因為當輸出功率較高時(shí)，即便是只有幾英寸的喇叭連線(xiàn)，其作用就像一根天線(xiàn)，輻射出很高的能量，從而嚴重威脅著(zhù)EMI性能。此時(shí)，簡(jiǎn)單地通過(guò)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(lèi)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(shuō)。
基于我們上述幾種專(zhuān)利的特殊技術(shù)，保證了我們的D類(lèi)放大器的獨特EMI性能，允許的引線(xiàn)長(cháng)度可以長(cháng)達20多英寸，工程師在設計過(guò)程中具有很好的選擇靈活性。但Roderick Hogan也特別提醒道，設計師在系統設計中仍需注意的是要適度注意揚聲器的電纜長(cháng)度選擇，因為在有些系統中，過(guò)長(cháng)的電纜引起的EMI輻射還是不容小覷的。
