系统工程师该如何处理D类放大器的EMI问题

2013-11-05 17:09:44来源: 互联网 关键字:工程师  D类  放大器  EMI

由于在效率上相对于AB类放大器的巨大优势,D类放大器的应用越来越广泛。根据市场调研机构 Gartner的报告,D类放大器在2006年至2011年之间的复合年成长率将达15.6%,从3.34亿美元成长至6.88亿美元,主要的成长动力来自于功耗敏感及空间受限的消费类电子产品。但D类放大器开关输出的拓扑结构带来了高频的EMI,如何控制好D类放大器的EMI,是系统工程师必须要考虑的方面。

  D类放大器中EMI的产生

  变化的电压和电流信号会产生电磁场辐射,形成电磁波干扰(EMI:Electro-Magnetic Interference),这些电磁波信号会影响收音机、电视和手机等产品的正常工作。为了防止电子设备的EMI问题,世界各国都制定了相关的标准规定,如美国的联邦通信委员会(FCC:Federal Communication Commission)的认证,目的都是限制电子产品的电磁波辐射。

  EMI测试是在特定的电波暗室中进行的,测量由产品中辐射出来的电磁波强度,与FCC等规范相比较,不得超过规定的最大能量。FCC规范中将产品按用途分为 CLASS A 、 CLASS B 两大类, A 类为用于商务或工业用途的产品, B 类为用于家庭用途的产品, FCC 对 B 类产品法规要求更严格。

  

  图1:FCC 规范的CLASS A和CLASS B标准

  传统D类放大器开关输出的拓扑结构是一个很好的EMI发射源:如调制的开关信号,开关信号的边沿变化,电源线上变化的电流信号等都会产生大量的EMI,如下图所示。

  图2:D类放大器开关输出的拓扑结构

  图2:D类放大器开关输出的拓扑结构

不同的发射源对应了不同的EMI频谱,由于D类放大器的调制频率一般在250kHz到1.5MHz之间,因此调制的开关信号和电源线上变化的电流信号带来的EMI主要集中在10MHz以下的频段;而方波的边沿变化一般是在纳秒级别的,因此它们所带来的EMI主要集中在几十MHz到几GHz的高频段。

  EMI主要通过PCB的走线、通孔和扬声器的连线向外辐射,较大能量的EMI辐射需要一个“高效率”的天线,对不同的频率,一个有效的天线长度是该频率波长的四分之一(λ/4),小于这个长度,就不能形成有效的对外辐射。对30MHz的频率,采用一般的FR4的PCB板,天线长度需要大于114.1cm才能形成有效的辐射。所以在手机上采用D类放大器时,在放大器输出的PCB走线和扬声器连线上的方波边沿变化是EMI的最重要来源。特别是手机应用中所关心的一些频段,如下表所示:基本都在100MHz以上,因此我们需要特别地关注由方波边沿变化所引起的EMI辐射。

  图3:手机应用中的一些频段

  图3:手机应用中的一些频段

  对前面传统D类放大器的输出波形,由傅里叶分析可知,方波纳秒级的边沿变化和高频的振铃会引入非常大的高频EMI,严重影响FM、手机模拟电视等的接收效果,容易出现收听杂音或雪花台的情况,让系统工程师颇感头痛。

关键字:工程师  D类  放大器  EMI

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1105/article_20243.html
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