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D類功放對(duì)EMI影響的解決
文章來(lái)源:永阜康科技 更新時(shí)間:2018/1/31 11:31:00
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  現(xiàn)在越來(lái)越多的便攜式電子產(chǎn)品、家庭影音系統(tǒng)、汽車音響系統(tǒng)采用D類放大器,D類功放具有省電、輸出功率大、音質(zhì)佳、訊號(hào)穩(wěn)定等特點(diǎn),力水清木華研究報(bào)告指出,受音頻播放器節(jié)能、輕薄短小需求的推動(dòng),全球D類放大器市場(chǎng)銷售將在2012年突破7.5億美元。即使在金融危機(jī)的沖擊之下,D類音頻放大器的需求熱度絲毫未減。

  EMI 噪聲對(duì)于周圍設(shè)備和電路的干擾是完全不可預(yù)知的。手機(jī)中有大量的RF系統(tǒng),比如通話,收音機(jī)等功能。一般來(lái)說(shuō),對(duì)于EMI會(huì)要求達(dá)到相關(guān)規(guī)定。印刷電路板、時(shí)鐘電路、振蕩器、數(shù)字電路和處理器會(huì)成為電路內(nèi)部 EMI 源。對(duì)電流執(zhí)行開(kāi)關(guān)操作的一些機(jī)電裝置,在關(guān)鍵操作期間會(huì)產(chǎn)生 EMI。這些 EMI 信號(hào)不一定會(huì)對(duì)其他電子設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面影響。EMI 信號(hào)的頻譜成分和強(qiáng)度,決定了它是否會(huì)對(duì)敏感型電路產(chǎn)生意想不到的影響。

  對(duì)于D類功放來(lái)說(shuō),減小EMI,主要有兩個(gè)辦法:

  1、對(duì)于功放的采樣頻率采用擴(kuò)頻技術(shù),使得由于采樣頻率導(dǎo)致的EMI干擾頻譜比較平均,達(dá)到降低EMI的目的。

  2、控制輸出管的開(kāi)啟和關(guān)斷時(shí)間,進(jìn)而控制邊緣的EMI干擾。一般認(rèn)為第2點(diǎn)是影響D類功放EMI的主要因素。

  對(duì)于PWM信號(hào)的頻譜成分簡(jiǎn)化為其頻率和上升時(shí)間。時(shí)鐘或者系統(tǒng)頻率建立電路的時(shí)間基準(zhǔn),但其邊緣率形成干擾諧波。EMI的能量主要取決于變化時(shí)間和變化幅度的大小。電磁干擾(EMI)有兩種傳播途徑:傳導(dǎo)和輻射。即電磁干擾分為傳導(dǎo)性電磁干擾和輻射性電磁干擾兩種。當(dāng)電磁干擾波的頻率小于30MHz時(shí),電磁干擾主要是以傳導(dǎo)方式在電子設(shè)備中產(chǎn)生傳導(dǎo)性噪聲;當(dāng)電磁干擾波的頻率高于30MHz時(shí),電磁干擾主要以輻射方式在電子設(shè)備中產(chǎn)生輻射噪聲。目前通用的EMI標(biāo)準(zhǔn)為FCC和CISPR,主要關(guān)注的是30MHz頻帶內(nèi)的干擾。

  產(chǎn)生EMI的最大頻率和邊沿變化時(shí)間的關(guān)系對(duì)應(yīng)如下式所示,比如當(dāng)邊緣變化時(shí)間為10ns的時(shí)候,計(jì)算得到fmax=31.8MHz,也就是說(shuō),系統(tǒng)會(huì)受到在31.8MHz內(nèi)的頻率影響。

  D類功放也具有缺點(diǎn),當(dāng)D類功放的輸出信號(hào)為大電流且高速度的脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)信號(hào),開(kāi)關(guān)信號(hào)藉由喇叭線傳遞至喇叭時(shí),間接的造成電磁波幅射而產(chǎn)生電磁干擾(EMI)。此EMI干擾含有寬廣的頻譜,不同的頻段干擾不同的接收器,甚至干擾非接收器的電子產(chǎn)品。

  以下是EMI干擾常用的解決方法

  ● 圖一為一般FM接收機(jī)天線端的接收訊號(hào)。當(dāng)D類功放動(dòng)作時(shí),其輻射出來(lái)的諧波訊號(hào)如沒(méi)有效處理,結(jié)果將如圖二,諧波訊號(hào)覆蓋原有的FM訊號(hào),使FM收訊品質(zhì)下降,甚至無(wú)法接收

  

  EMI干擾問(wèn)題可從輻射及傳導(dǎo)兩方面著手,阻隔輻射干擾PCB Layout及LC濾波器的選用是有效的處理方向。根據(jù)D類功放輻射的頻帶,調(diào)整output LC濾波器的組合,可有效改善FM收訊品質(zhì)。如圖三 : 原圖二的干擾現(xiàn)象, 經(jīng)合適的LC濾波器處理后,可消除D類功放的干擾問(wèn)題。

  

  經(jīng)由電源/地線的傳導(dǎo)發(fā)射也是另一干擾源,除PCB Layout上的隔離,耦合濾波器是該有的選擇。

  ● 降低干擾信號(hào)的強(qiáng)度也可以。主要是改變干擾頻率。縮短D類功放的喇叭線可以降低天線(喇叭線)的發(fā)射效率,以降低干擾輻射波的強(qiáng)度。

  降低干擾輻射波強(qiáng)度的方法是使用電感電容濾波器(LC Filter)將D類功放的開(kāi)關(guān)信號(hào)濾波而取出其音頻信號(hào),再經(jīng)喇叭線傳至喇叭。如此喇叭線的傳遞信號(hào)為音頻信號(hào)而高頻的開(kāi)關(guān)信號(hào)已被大幅衰減。由于D類功放在便攜式電子產(chǎn)品的應(yīng)用上其喇叭線的長(zhǎng)度相對(duì)的短,故可使用磁珠(Bead)針對(duì)某些特別高次諧波作濾波,無(wú)須使用LC Filter即可達(dá)到效果。

  另一降低干擾信號(hào)的方法是使用展頻的技巧。展頻的方式乃將D類功放的高頻載波頻率隨著時(shí)間做變更,如此則干擾信號(hào)即被分布在某幾個(gè)頻率區(qū)而非全部集中在一個(gè)頻率區(qū)。如果高頻載波頻率平均輪換于10個(gè)頻率則理論上EMI即可降低10db。

  ● 使用跳頻的方法也可以有效避免干擾。如果接收機(jī)在接收某個(gè)頻率時(shí)被D類功放

  的高頻開(kāi)關(guān)信號(hào)所干擾,則可將D類功放的高頻開(kāi)關(guān)頻率跳至另一頻率。由于D類功放的音頻內(nèi)容與其載波或開(kāi)關(guān)頻率無(wú)關(guān),此種方法并不影響音頻信號(hào)的內(nèi)容。只要此開(kāi)關(guān)頻率不在接收機(jī)的帶通濾波器(Bandpass Filter)范圍內(nèi),接收機(jī)即可有效的抑制干擾信號(hào)。

  ● 坊間對(duì)FM的干擾解決方式采用金屬材質(zhì)的外殼屏蔽,以便衰減諧波輻射的干擾能量,進(jìn)而使得FM接收正常。但當(dāng)FM接收機(jī)與D類功放結(jié)合時(shí), 此屏蔽方式便不適用,須從D類功放的EMI防治著手。

 
 
 
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