減少D類放大器中的電磁干擾
D類(或開關)放大器,因為相比傳統的AB類放大器設計,這類放大器的散熱較少(在緊湊型產品中非常重要),且效率較高(延長電池壽命)。D類放大器開關拓撲的一個可能存在的缺點,就是其容易發出電磁輻射,可能會干擾周邊其它電子設備。可以通過外部無源濾波方法將這種干擾緩減到某種程度,但這會增加最終產品的成本、占位面積以及復雜性。本文將探討某些用于減輕EMI問題的內部電路設計方法。
本文引用地址:http://www.j9360.com/article/187322.htm邊緣速率控制
為了放大音頻信號,D類放大器的輸出(或各種輸出,以不同的配置) 在兩個電源軌(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)。開關信號是經過調制的,從而通過簡單的、有時是揚聲器本身包含的低通濾波器來恢復音頻信號。此開關轉換一般速度非常快——也許是2ns或更短——因而包含顯著的高頻能量。這會導致互連導線纜產生EMI輻射,尤其是在信號路徑中無低通濾波器,且放大器和揚聲器之間的導線長度非常明顯的情形下(也許超過1cm)。
用于緩減EMI輻射的一個方法是減低放大器輸出的轉換速率(slew rate)。圖1所示為時域中的一個例子,其上方跡線有2ns的上升和下降時間,而下方跡線有20ns的上升和下降時間。
轉換速率的減小(這里的因數為10) 對于D類放大器產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D類輸出正處于靜默(無音頻,占空比=50%),開關頻率為333kHz。可以看到貫穿于30MHz~1GHz之間的大部分頻譜,其高頻(HF)內容減少約20dB。在包含有FM廣播接收電子設備(88MHz ~ 108MHz)手機或無線互聯網電路(700MHz ~ 2.7GHz)的系統中,這可大幅減少EMI,從而降低了可能影響系統性能的風險。

圖2清楚地顯示了邊緣速率控制(edge rate control,ERC)技術減少EMI的優勢,不過代價是增加了損耗。首先是D類放大器提供的效率優勢,主要來自于輸出器件始終完全開啟或完全關閉,因此輸出器件中的瞬時耗散功率P= VI,在所有時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)。在每次開關轉換時引入(或增加)時間跨度,其間V ≠ 0,同時負載電流I ≠ 0,導致片上功耗適度增加,因而帶來效率的降低。其次,一個非ERC輸出級在本質上僅是一個大型逆變器(可能包括直通或短路沖擊電流的緩減),而一個ERC輸出級包含附加電路,能夠調節上拉和下拉器件的觸發電壓,以便在輸出端上產生期望的、受控制的轉換速率。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)。總的來說,由于增添ERC而產生的效率代價可能為1% ~ 2%。

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