音頻/視頻接口的EMI/EMC抑制
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圖5. 典型的Maxim D類音頻放大器所采用的有源輻射限制技術(shù)。
D類放大器可利用揚(yáng)聲器的線圈電感和分立電容構(gòu)成濾波器，從而省掉額外的濾波器。由于揚(yáng)聲器連線仍會(huì)輻射相當(dāng)數(shù)量的能量，這種方式僅限于內(nèi)部揚(yáng)聲器。有一種做法就是改變開關(guān)過程，使得放大器保持高效的同時(shí)又能減少EMI，從而只需要一個(gè)小型濾波器。要實(shí)現(xiàn)這一目的，可以調(diào)制時(shí)鐘頻率，以降低基于每赫茲帶寬的能量11。這種方法稱為時(shí)鐘擴(kuò)譜調(diào)制12，或時(shí)鐘頻率抖動(dòng)。然而，頻譜擴(kuò)展的有效性是有一定范圍的。圖6所示的典型輻射頻譜說明了這種技術(shù)的效果。
圖6. 采用MAX9705EVKIT (12英寸長的非屏蔽雙絞線)得到的MAX9705輻射數(shù)據(jù)，展示了擴(kuò)譜調(diào)制的作用。
對于只提供擴(kuò)譜調(diào)制功能的器件，當(dāng)輸出功率高于數(shù)百毫瓦時(shí)，超過幾英寸長的揚(yáng)聲器連線就會(huì)輻射太多的能量。此時(shí)增加時(shí)鐘頻率也于事無補(bǔ)，隨著頻率的升高，D類放大器的輸出頻譜會(huì)降低。然而，揚(yáng)聲器的連線會(huì)變得像天線一樣高效，從而抵消了任何性能上的改善。為進(jìn)一步改善EMI性能，就要求改變D類放大器自身所采用的PWM波形?？刹捎靡环N稱為有源輻射限制的特定方法來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
有源輻射限制電路設(shè)置放大器的最小脈寬，而圖5中的設(shè)計(jì)不對最大邊界進(jìn)行限制。再結(jié)合交叉切換、上升/下降時(shí)間以及時(shí)鐘頻率的控制，則可以將工作過程中產(chǎn)生13的功率譜限制在一個(gè)給定的輸出功率電平下。這樣做的目的就是將頻譜降低到某一水平，使得設(shè)備在無任何外部濾波以及接有長達(dá)24in外部揚(yáng)聲器連線的情況下，其EMI特性仍能滿足輻射限制要求。
我們還希望能夠獲得良好的音頻性能，為此需要大于2W的峰值功率輸出。與此同時(shí)，還希望發(fā)熱最小和最大限度延長電池壽命。因此，需要設(shè)備在低壓單電源下實(shí)現(xiàn)高效率，同時(shí)具有適合耳機(jī)應(yīng)用的低功耗關(guān)斷模式。THD+N必須很低，SNR必須很高，要具有咔嗒聲抑制功能，輸入必須能與單端或差分輸入相兼容。MAX9705不但能夠完成以上任務(wù)，還具有更多功能，從下文中會(huì)看到這一點(diǎn)。
有源輻射限制(MAX9705)
Maxim公司D類放大器所采用的有源輻射限制技術(shù)如圖7所示。從該圖中不能清楚地看出開關(guān)是如何操作的。通過驅(qū)動(dòng)電路的精心設(shè)計(jì)和零死區(qū)時(shí)間控制，MAX9705 D類放大器的效率可超過85%。獨(dú)特、專有的擴(kuò)譜調(diào)制模式展平了頻譜分量，降低了連接電纜和揚(yáng)聲器產(chǎn)生的EMI輻射。在立體聲或多聲道應(yīng)用中，同步輸入可將所有放大器的時(shí)鐘頻率鎖定在800kHz至2MHz通用時(shí)鐘范圍內(nèi)，從而最大程度地降低互調(diào)，否則多個(gè)獨(dú)立時(shí)鐘源會(huì)產(chǎn)生互調(diào)。Maxim公司的D類音頻放大器結(jié)合了兩項(xiàng)獨(dú)特的技術(shù)：擴(kuò)譜調(diào)制和有源輻射限制?？梢栽凇盁o濾波器”的情況下連接長達(dá)24in非屏蔽揚(yáng)聲器連線，而輻射干擾仍然保持在FCC第15部分規(guī)定的EMI限制范圍之內(nèi)(圖8)。
圖7. MAX9705 D類放大器內(nèi)部產(chǎn)生鋸齒波，并提供差分輸入。如果使用單端輸入，可由內(nèi)部產(chǎn)生差分輸入。
圖8. 擴(kuò)譜調(diào)制模式下，MAX9705連接24in非屏蔽雙絞線時(shí)的輻射數(shù)據(jù)
除了EMI之外，音頻性能同樣非常出色，THD+D在1W時(shí)為0.02%，在2.3W時(shí)增至1%，SNR為90dB。輸入可以是差分輸入，也可以是單端輸入，提供+6dB、+12dB、+15.6dB或+20dB固定增益，可滿足任何應(yīng)用(圖7)。關(guān)斷模式下功耗降至最低。此外，同步輸入允許MAX9705提供單聲道、立體聲或者多聲道高性能音頻，在連接外部揚(yáng)聲器而無濾波器的情況下仍能滿足EMI輻射要求。
結(jié)語
MAX9511和MAX9705代表了EMI/EMC控制的先進(jìn)技術(shù)。將這些器件應(yīng)用于產(chǎn)品當(dāng)中可以有效降低EMI。不必像以前那樣依靠大尺寸外部濾波器和屏蔽等會(huì)增加成本和尺寸的方法，這些器件采用了當(dāng)今最先進(jìn)的技術(shù)，有效保證了電磁兼容性和性能。
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