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发表于 2006-4-25 05:33:00
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1 介绍
) x5 s/ K3 ]# p: S! D# dD类音频功放由于开关频率的存在，常常有EMI问题。本文将介绍一些方法，来有效减小D类音频功放的EMI。
% i& A# Z' z6 T* p _+ r% N$ F; \) r! q; I( v3 S6 Z W7 Y6 p
2 选择铁氧体磁珠降低边缘速率
t: I4 X/ d. L* I" |利用成本低廉的铁氧体磁珠能节省不少的系统BOM成本。对于小于5MHz的 EMI带宽，尤其是当开关频率约为300kHz（以获得较佳效率），实验结果显示减少边缘速率是降低EMI的有效方法。0 D2 V- Q g1 ~& I: h5 {* H7 a4 Y
% q( N' _1 O7 c* R2 ?! c" v
# X- q6 c# K& s
$ L# a* t# K0 w& v- \% z4 a! l& ^7 n q
图1 磁珠滤波
8 j* Q+ P/ s" ?1 [6 `: j. k" L" E' M3 g W" @
3 X1 V0 ?6 L, I
! M" @% }; { g/ N0 d0 X 图2 不同阻抗铁氧体磁环的边缘速率
. M/ B9 V, ^+ X! q" q8 F6 G+ B Q( E. q
/ g* v6 M2 a" \/ ]% t3 O0 `- R3 [9 ^) R
图2中，较高的铁氧体磁珠阻抗可以实现较低边沿速率的D类输出；使用600ohm@100MHz 的铁氧体磁珠，可以获得最低边缘速率的D类输出，最终在高频段实现最佳EMI结果。然而，对于相同型号相同封装的磁珠，阻抗较高意味着额定电流较小，所以还要考量其额定电流是否符合电路要求。图3为铁氧体磁珠对于传导性EMI的效果。2 w& K9 t7 s& Z' |. q
! O. F% Y/ t. ^- O" j+ v5 t; B* x
: v) |, i5 v; s* J6 u1 }0 M- l
$ P V* O7 c& r9 H0 g" M
( o6 \/ D/ I/ }; i; A4 M# F' N; D图3 铁氧体磁珠对于传导性EMI的效果
+ s$ {4 |/ b3 [7 T: b5 t$ b
/ E5 Q9 ?, d( ` y6 |) _, A- `
, w: w5 i( t9 ]; A: ?
+ d7 `% T+ z) S' c4 B2 H图4为铁氧体磁珠对于辐射性EMI的效果. w( V2 M3 e( f
7 X1 y7 a6 d2 s3 利用LC滤波- m9 ]0 T/ u0 f' z- f& a& |
使用电感滤波，尽管价格昂贵，但抑制EMI效果非常明显，仍被广泛使用。对于传统调制方式的D类音频功放，可使用如下LC滤波。
7 H( ]9 u( z5 j) G1 u5 I8 M O0 X+ L' `! `! _
( H) m( w$ b4 j2 C, l% j5 E; z4 U6 s5 C
* r5 s* S$ i, u2 q
图5 传统调制方式D类音频功放的BTL LC滤波
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- u3 z# C# W! \# c2 D
2 u$ m8 W$ D- n4 |2 h2 Y# n1 E表1 传统调制方式8ohm负载的LC滤波8 }# f. B( w0 u# a$ U
' r T3 g) g) `2 {' u' S, M) r
7 ]/ K( u) k# g3 g 3 {1 l6 z: z: R3 B9 t8 q
+ V+ g X0 J9 t) E; ~: p2 C, o: t, r0 ?9 g" R0 p0 s' J
& Z( g' W& \& [2 U* @/ Y9 S0 r表2 传统调制方式6ohm负载的LC滤波& d# C) R0 z. c
, A9 R# J$ m$ o- d" `. n
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, A. l0 V) ~* u表3 传统调制方式4ohm负载的LC滤波/ Q" m' B# c; O6 b
0 a8 t" s. r( _2 T4 }$ K& S; G5 X( Q& T2 t; J- I
% M* O/ y( O4 a, {1 h
对于免滤波调制方式的D类音频功放，可使用如下LC滤波。3 S! e6 ?$ p$ E
8 Q5 q( b% {2 [3 E" t6 b
: b$ X3 `. Z5 y0 v. {: J2 j$ E% ?) Q5 k& B
图6 免滤波调制方式D类音频功放的BTL LC滤波
- g' N& \* r6 K5 b$ U8 r5 @
/ C0 c f2 P" t8 ^
' ?+ C7 j- j% n# K- t4 h) B$ h; |' F$ B! N' z% b; X1 c
表4 免滤波调制方式8ohm负载的LC滤波 " I8 S- Q* |! K- ~4 O# {, c L, e
. o* I" W( f& N4 p* p( X* L8 @+ h
. W7 W2 G, v. a
1 A. ?- H5 k' P, W5 P表5 免滤波调制方式6ohm负载的LC滤波- B5 {/ Q; j: Q1 C' [9 h
4 Y' I1 \+ m7 d3 b/ T! @+ T+ ?7 F" u" i$ k# Y( }
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表6 免滤波调制方式4ohm负载的LC滤波/ k* d3 _. W: Y6 x0 m& ], o5 o/ O4 a, h6 t
& h; j3 ?: y4 y* @- s- D
; @8 r# m! m+ s9 [+ W4 s+ C* c/ n, m7 {+ N
- a% F. a, R* L: M4 ` 7 G8 v% @/ w) Q+ u7 J. ` J" a
0 p( ^4 n2 z! `' p8 c
4 利用佐贝尔网络，尽量降低瞬时振荡。
" |, y) I9 \' I5 l9 h$ ^! D! I9 [图7为我们设计的用于降低输出滤波电路振荡效应的典型电路。R1和C1将吸收由IC本身造成的振荡能量。R2和C2 用于吸收由滤波器谐振频率造成的振荡。% Q T, u- \9 B8 \
) g* o) ?2 J# l2 [, A8 C, `
; C5 h0 l, P+ x. h4 ^; M$ L1 a7 D; o6 X, {
图7 调谐，以减少振荡、降低边缘速率% s5 T! V l" @
5 q; l" Z' s% Q; H
图8.a中，在传导性EMI测试噪音频带，捕获到周期为350ns的振荡（约2.85MHz），其能量在佐贝尔网络之后已经大幅减弱，并获得更高边缘增益。
$ I7 {3 p6 B- m8 U9 Q- b8 H# i( o+ t0 G7 d5 z) A
表7 滤波器和佐贝尔网络设置
/ h0 H4 [& S' T5 a* m
/ z( j! w# _$ j1 V" x/ u0 ]# D/ p6 L+ T. D. Z2 B
$ a9 ^+ ~: b, M- g+ |
- |% A1 H5 T2 n# p/ [8 z
3 A0 y+ I5 ~( w% S" N/ }5 v
图8 调整佐贝尔网络和电容（减少振荡，获得较慢的边缘速率）
9 D1 _# \& P; ~7 W( _% x& E; m0 `
- o1 s I. n1 C7 e, d不过又出现了另外一个问题，图9显示振荡加剧了2MHz~4MHz的频带噪声（如果D类输出电流增加的话，振荡会更加严重）。从理论上讲，谐波分量越高，振幅应该越小，但是，滤波器的谐振频率点改变了这一情况。我们看一下图8.a，与设置4相比，设置3在2MHz~5MHz频带具有更好的噪声抑制能力。最终，设置3在减少振荡方面表现出最佳的调优效果，并且获得了较低的边缘速率，及良好的2MHz~5MHz的EMI裕量。5 l- i8 E/ T3 S+ i" g
, X- ^- z" |' r, ^2 e* n
, G$ e1 ]3 ?! n9 h: v4 [$ D, }: d
6 a7 w5 V, T% l! n9 _) c% n 图9 振荡加剧2MHz~4MHz 频带噪声（设置4）" n% S# ?" d# u. U$ d7 N
9 [9 L/ k" d& r( A5 PCB布局1 E, _% w; L$ |
（l）滤波器PCB布局
+ r2 X/ G( ^2 ~- x, U6 E- a. C% m. V1 l* f3 c- H& F* h8 X1 k
为尽可能减少滤波器电流回路（电流回流至GND），确保电流环路小。
- U& ^- Z& p1 h4 {- B& p3 [2 Y
0 D2 g% h; j8 I7 }1） 将滤波器尽可能靠近输出引脚。
7 H" _7 c/ ^3 _8 i: j7 s6 @- y2 D E5 c
2） 尽量减少滤波器接地的电流回路。 ?) `7 ~6 J) w* s" h9 Z
. g" M; R' Y; U3） 尽量确保滤波器和D类设备的底层是一个完整的接地层。1 t- f# J" p! b. r$ N1 E! n8 ~$ \
8 k w" G a3 k B
4） 如果要添加佐贝尔网络来减少振荡，将佐贝尔网络尽可能靠近滤波器。
& g5 S6 I! B; N" g
x, i( s5 K% ]) x, I7 L5） 将缓冲电路尽可能靠近设备的输出引脚。
% O5 D" I3 a$ f1 E) r& A+ Y0 w5 }! d) s: J- i' _/ m
（2） 电源布局! A! e M; k- l5 C) j
6 q2 l) b0 m& Z6 ~; S1 ^7 | H, R3 G2 ]
/ p* N( b/ M8 ?- a! g3 `# l
图10 PVCC布局1 z# w7 i/ P% v* f3 [" u
3 R; E$ Z' b$ u: M' P( b% v5 q7 ^/ s（3） 输出
' I% a" H- z. N
5 M8 I; @: j4 n( \1 P7 X. ?! `, ND类功放输出走线短而粗，包括接到喇叭的线短而粗甚至使用屏蔽线，都能有效的减小EMI。 |
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