簡介

由于在效率上相對于AB類放大器的巨大優(yōu)勢，D類放大器的應用越來越廣泛。根據(jù)市場調(diào)研機構(gòu) Gartner的報告，D類放大器在2006年至2011年之間的復合年成長率將達15.6%，從3.34億美元成長至6.88億美元，主要的成長動力來自于功耗敏感及空間受限的消費類電子產(chǎn)品。但D類放大器開關(guān)輸出的拓撲結(jié)構(gòu)帶來了高頻的EMI，如何控制好D類放大器的EMI，是系統(tǒng)工程師必須要考慮的方面。

D類放大器中EMI的產(chǎn)生

變化的電壓和電流信號會產(chǎn)生電磁場輻射，形成電磁波干擾（EMI：Electro-Magnetic Interference），這些電磁波信號會影響收音機、電視和手機等產(chǎn)品的正常工作。為了防止電子設備的EMI問題，世界各國都制定了相關(guān)的標準規(guī)定，如美國的聯(lián)邦通信委員會（FCC：Federal Communication Commission）的認證，目的都是限制電子產(chǎn)品的電磁波輻射。

       EMI測試是在特定的電波暗室中進行的，測量由產(chǎn)品中輻射出來的電磁波強度，與FCC等規(guī)范相比較，不得超過規(guī)定的最大能量。FCC規(guī)范中將產(chǎn)品按用途分為 CLASS A 、 CLASS B 兩大類， A 類為用于商務或工業(yè)用途的產(chǎn)品， B 類為用于家庭用途的產(chǎn)品， FCC 對 B 類產(chǎn)品法規(guī)要求更嚴格。下表顯示的是FCC 規(guī)范的CLASS A和CLASS B標準：

 

    傳統(tǒng)D類放大器開關(guān)輸出的拓撲結(jié)構(gòu)是一個很好的EMI發(fā)射源：如調(diào)制的開關(guān)信號，開關(guān)信號的邊沿變化，電源線上變化的電流信號等都會產(chǎn)生大量的EMI，如下圖所示。

不同的發(fā)射源對應了不同的EMI頻譜，由于D類放大器的調(diào)制頻率一般在250kHz到1.5MHz之間，因此調(diào)制的開關(guān)信號和電源線上變化的電流信號帶來的EMI主要集中在10MHz以下的頻段；而方波的邊沿變化一般是在納秒級別的，因此它們所帶來的EMI主要集中在幾十MHz到幾GHz的高頻段。

EMI主要通過PCB的走線、通孔和揚聲器的連線向外輻射，較大能量的EMI輻射需要一個“高效率”的天線，對不同的頻率，一個有效的天線長度是該頻率波長的四分之一（λ/4），小于這個長度，就不能形成有效的對外輻射。對30MHz的頻率，采用一般的FR4的PCB板，天線長度需要大于114.1cm才能形成有效的輻射。所以在手機上采用D類放大器時，在放大器輸出的PCB走線和揚聲器連線上的方波邊沿變化是EMI的最重要來源。特別是手機應用中所關(guān)心的一些頻段，如下表所示：基本都在100MHz以上，因此我們需要特別地關(guān)注由方波邊沿變化所引起的EMI輻射。

對前面?zhèn)鹘y(tǒng)D類放大器的輸出波形，由傅里葉分析可知，方波納秒級的邊沿變化和高頻的振鈴會引入非常大的高頻EMI，嚴重影響FM、手機模擬電視等的接收效果，容易出現(xiàn)收聽雜音或雪花臺的情況，讓系統(tǒng)工程師頗感頭痛。

合理的PCB布局改善EMI

   EMI設計就像“矛”和“盾”的關(guān)系，發(fā)射源是“矛”，發(fā)射源到敏感模塊的防護是“盾”，“矛”鈍“盾”堅，就不會有EMI的問題，如果“矛”很鈍，但“盾”也很脆弱，那還是會有EMI的問題。因此，在使用D類放大器的時候，在PCB的布局上需要仔細考慮。

    首先是輸出線，要將放大器到揚聲器的連線盡量縮短，這是最有效地降低EMI的方法；而且輸出布線不要經(jīng)過或太靠近敏感的信號線和電路。

還有電源、地線的布局也很重要。功放電源上電流波動很大，因此電源上的濾波電容要盡量靠近功放芯片放置；同時合適地進行布線以便可以預測電流走向，最好采用星形接法。

對翻蓋手機的布線可能會遇到一個問題，翻蓋手機的上部和下部通過柔性電纜連接，電纜中包含電源、地還有LCD顯示的數(shù)據(jù)線，如果在翻蓋手機的上部裝有揚聲器，那么輸出的音頻信號也需要通過這根電纜，當音頻信號線靠近顯示數(shù)據(jù)線時，就可能會破壞顯示的數(shù)據(jù)，因此需要將這兩種信號線分開，同時加上地線隔離。不過對這種情況最好還是加上磁珠和電容來抑制高頻的EMI，并盡可能地將磁珠、電容靠近放大器放置。磁珠的選擇也很重要，采用高阻抗、低直流電阻、大額定電流的磁珠可以很好的起到高頻EMI的抑制作用，同時對放大器的其他性能影響很小。

在進行D類放大器的PCB布局時，為了抑制高頻EMI，以下兩點很重要：

1：輸出布線盡量短而寬。

2：磁珠、電容緊靠芯片輸出管腳放置，盡量減短輸出管腳到磁珠的布線長度。

同時，功放的其他外圍器件也盡量緊靠芯片放置，還有電源、地線采用星形接法都對提高D類功放的性能有好處。 

在研發(fā)人員的努力下，已經(jīng)成功解決了這一問題，在不加電感磁珠的基礎上，D類音頻功放IC達到同類型CLASS-AB音頻放大IC的播放效果。詳細的產(chǎn)品目錄請閱：

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