你的位置:首頁(yè) > EMC安規(guī) > 正文
如何減少D類放大器中的電磁干擾?
發(fā)布時(shí)間:2018-11-14 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】在手機(jī)、GPS系統(tǒng)、膝上型電腦和筆記本電腦、平板電腦、游戲機(jī)、玩具等,這些電子產(chǎn)品中通常選用的驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的音頻放大器類型被稱為D類(或開(kāi)關(guān))放大器,因?yàn)橄啾葌鹘y(tǒng)的AB類放大器設(shè)計(jì),這類放大器的散熱較少(在緊湊型產(chǎn)品中非常重要),且效率較高(延長(zhǎng)電池壽命)。
D類放大器開(kāi)關(guān)拓?fù)涞囊粋€(gè)可能存在的缺點(diǎn),就是其容易發(fā)出電磁輻射,可能會(huì)干擾周邊其它電子設(shè)備??梢酝ㄟ^(guò)外部無(wú)源濾波方法將這種干擾緩減到某種程度,但這會(huì)增加最終產(chǎn)品的成本、占位面積以及復(fù)雜性。本文將探討某些用于減輕EMI問(wèn)題的內(nèi)部電路設(shè)計(jì)方法。
第一 邊緣速率控制
為了放大音頻信號(hào),D類放大器的輸出(或各種輸出,以不同的配置) 在兩個(gè)電源軌(通常為正極和接地)之間交替切換,其頻率是所需放大的最高音頻頻率的10倍或更高(可能為300kHz或更高)。
開(kāi)關(guān)信號(hào)是經(jīng)過(guò)調(diào)制的,從而通過(guò)簡(jiǎn)單的、有時(shí)是揚(yáng)聲器本身包含的低通濾波器來(lái)恢復(fù)音頻信號(hào)。此開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換一般速度非???mdash;—也許是2ns或更短——因而包含顯著的高頻能量。這會(huì)導(dǎo)致互連導(dǎo)線纜產(chǎn)生EMI輻射,尤其是在信號(hào)路徑中無(wú)低通濾波器,且放大器和揚(yáng)聲器之間的導(dǎo)線長(zhǎng)度非常明顯的情形下(也許超過(guò)1cm)。
用于緩減EMI輻射的一個(gè)方法是減低放大器輸出的轉(zhuǎn)換速率(slew rate)。圖1所示為時(shí)域中的一個(gè)例子,其上方跡線有2ns的上升和下降時(shí)間,而下方跡線有20ns的上升和下降時(shí)間。
轉(zhuǎn)換速率的減?。ㄟ@里的因數(shù)為10) 對(duì)于D類放大器產(chǎn)生的輻射能量有著顯著的影響。圖2顯示了兩種波形的頻譜,此時(shí)D類輸出正處于靜默(無(wú)音頻,占空比=50%),開(kāi)關(guān)頻率為333kHz??梢钥吹截灤┯?0MHz~1GHz之間的大部分頻譜,其高頻(HF)內(nèi)容減少約20dB。在包含有FM廣播接收電子設(shè)備(88MHz ~ 108MHz)手機(jī)或無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)電路(700MHz ~ 2.7GHz)的系統(tǒng)中,這可大幅減少EMI,從而降低了可能影響系統(tǒng)性能的風(fēng)險(xiǎn)。
圖2清楚地顯示了邊緣速率控制(edge rate control,ERC)技術(shù)減少EMI的優(yōu)勢(shì),不過(guò)代價(jià)是增加了損耗。
首先是D類放大器提供的效率優(yōu)勢(shì),主要來(lái)自于輸出器件始終完全開(kāi)啟或完全關(guān)閉,因此輸出器件中的瞬時(shí)耗散功率P= VI,在所有時(shí)間里基本上保持為零 (不同于AB類放大器,其功率器件的VI乘積從不為零)。
在每次開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)引入(或增加)時(shí)間跨度,其間V ≠ 0,同時(shí)負(fù)載電流I ≠ 0,導(dǎo)致片上功耗適度增加,因而帶來(lái)效率的降低。其次,一個(gè)非ERC輸出級(jí)在本質(zhì)上僅是一個(gè)大型逆變器(可能包括直通或短路沖擊電流的緩減),而一個(gè)ERC輸出級(jí)包含附加電路,能夠調(diào)節(jié)上拉和下拉器件的觸發(fā)電壓,以便在輸出端上產(chǎn)生期望的、受控制的轉(zhuǎn)換速率。取決于所使用的方法,這增加了芯片面積(成本)和電流消耗(降低效率)。
總的來(lái)說(shuō),由于增添ERC而產(chǎn)生的效率代價(jià)可能為1% ~ 2%。
第二 擴(kuò)頻時(shí)鐘
上述討論的邊緣速率控制(ERC)是一個(gè)有效的方法,可減弱在30MHz以上頻率范圍產(chǎn)生的EMI (也受限于FCC法規(guī)的限制),而D類放大器開(kāi)關(guān)輸出的基本載波頻率和其落在30MHz以下范圍的相關(guān)奇次諧波(方波),則不太好采用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)處理。圖3所示為此頻帶出現(xiàn)的由傳統(tǒng)的、未修改的D類放大器輸出產(chǎn)生的能量。
為了減小D類輸出頻譜中的基音和泛音尖峰高度,可以在放大器的時(shí)鐘電路中加入少量頻率調(diào)制——也許調(diào)制指數(shù)在±5%左右,不會(huì)影響所放大音頻信號(hào)的質(zhì)量。針對(duì)調(diào)制信號(hào)源的特性有許多選擇,一個(gè)常規(guī)作法是使用帶有重復(fù)頻率(全模式重復(fù)頻率)的偽隨機(jī)模式,其超出最高預(yù)期音頻信號(hào)頻率(通常為20kHz)一個(gè)適當(dāng)?shù)挠嗔?,這可防止產(chǎn)生可能落入音頻頻帶的音調(diào)。
圖4顯示了和圖3所示相同的D類輸出,但其帶有±5%調(diào)制,在40kHz模式重復(fù)頻率下由偽隨機(jī)序列來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖5顯示了圖3和圖4顏色疊加后的圖片,更清楚地顯示了由擴(kuò)頻時(shí)脈帶來(lái)的差異。能夠看見(jiàn)在整個(gè)頻譜范圍內(nèi),基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率的奇次諧波被抑制了將近10dB。
第三 單邊調(diào)制
可以采用一種附加方法來(lái)減少EMI,通過(guò)修改調(diào)制方案,當(dāng)音頻基帶信號(hào)振幅變得足夠大時(shí),允許單邊差分或橋式D類輸出對(duì)停止切換(圖6)。這本質(zhì)上允許反向輸出,一直持續(xù)到開(kāi)關(guān),以便進(jìn)行全面調(diào)制,將輸出信號(hào)保持在剩余間隔直至其最高峰值。
此方案,在很大比例時(shí)間內(nèi)(取決于音頻源材料),僅有一個(gè)輸出在開(kāi)關(guān),因而EMI(在那個(gè)時(shí)間內(nèi))減少了一半。這增加了優(yōu)勢(shì),減少了由于功率器件門(mén)和其它寄生電容充放電帶來(lái)的固定開(kāi)關(guān)損耗。它還縮短了輸出在ERC轉(zhuǎn)換方面的時(shí)間,如上所述,該轉(zhuǎn)換有少量的效率代價(jià)。此技術(shù)的缺點(diǎn)是放大器的整體前向增益會(huì)有些許降低,同樣地,總體諧波失真(total harmonic distortion,THD)和噪聲也有少量增加。帶有和未帶有單邊調(diào)制的D類輸出頻譜如圖7。
第四 結(jié)論
D類放大器通常用于便攜設(shè)備,因其功率效率超過(guò)傳統(tǒng)AB類放大器。D類技術(shù)的主要缺點(diǎn)是其固有的EMI,會(huì)對(duì)周邊電子設(shè)備產(chǎn)生不利影響?,F(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了一些有效的IC設(shè)計(jì)技術(shù),能夠極大地緩解EMI問(wèn)題,而無(wú)需負(fù)擔(dān)額外的外部元件。
推薦閱讀:
特別推薦
- AMTS 2025展位預(yù)訂正式開(kāi)啟——體驗(yàn)科技驅(qū)動(dòng)的未來(lái)汽車世界,共迎AMTS 20周年!
- 貿(mào)澤電子攜手安森美和Würth Elektronik推出新一代太陽(yáng)能和儲(chǔ)能解決方案
- 功率器件熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(六)——瞬態(tài)熱測(cè)量
- 貿(mào)澤開(kāi)售Nordic Semiconductor nRF9151-DK開(kāi)發(fā)套件
- TDK推出用于可穿戴設(shè)備的薄膜功率電感器
- 日清紡微電子GNSS兩款新的射頻低噪聲放大器 (LNA) 進(jìn)入量產(chǎn)
- 中微半導(dǎo)推出高性價(jià)比觸控 MCU-CMS79FT72xB系列
技術(shù)文章更多>>
- 意法半導(dǎo)體推出首款超低功耗生物傳感器,成為眾多新型應(yīng)用的核心所在
- 是否存在有關(guān) PCB 走線電感的經(jīng)驗(yàn)法則?
- 智能電池傳感器的兩大關(guān)鍵部件: 車規(guī)級(jí)分流器以及匹配的評(píng)估板
- 功率器件熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(八)——利用瞬態(tài)熱阻計(jì)算二極管浪涌電流
- AHTE 2025展位預(yù)訂正式開(kāi)啟——促進(jìn)新技術(shù)新理念應(yīng)用,共探多行業(yè)柔性解決方案
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門(mén)搜索
生產(chǎn)測(cè)試
聲表諧振器
聲傳感器
濕度傳感器
石英機(jī)械表
石英石危害
時(shí)間繼電器
時(shí)鐘IC
世強(qiáng)電訊
示波器
視頻IC
視頻監(jiān)控
收發(fā)器
手機(jī)開(kāi)發(fā)
受話器
數(shù)字家庭
數(shù)字家庭
數(shù)字鎖相環(huán)
雙向可控硅
水泥電阻
絲印設(shè)備
伺服電機(jī)
速度傳感器
鎖相環(huán)
胎壓監(jiān)測(cè)
太陽(yáng)能
太陽(yáng)能電池
泰科源
鉭電容
碳膜電位器