如何減輕EMI的電路設(shè)計(jì)方法

本文將探討某些用于減輕EMI問題的內(nèi)部電路設(shè)計(jì)方法。

　　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)換速率的減小(這里的因數(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(無音頻，占空比=50%)，開關(guān)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(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)，主要來自于輸出器件始終完全開啟或完全關(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)?？偟膩碚f，由于增添ERC而產(chǎn)生的效率代價(jià)可能為1% ~ 2%。

　　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)來處理。

　　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)。

　　單邊調(diào)制

　　可以采用一種附加方法來減少EMI，通過修改調(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。這本質(zhì)上允許反向輸出，一直持續(xù)到開關(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和其它寄生電容充放電帶來的固定開關(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。

　　結(jié)論

　　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)