中心議題：

• D類音頻應用中的電磁幹擾

解決方案：

• 通過減緩部分邊沿輸出過渡時間來改善效率
• 適當的印刷電路板設計可大大降低放射量

隨著便攜式電池供電設備的工作時間越來越長
，D類放大器憑借先天的效率優勢
，受到重視的程度與日俱增。如今，大部分D類係統的工作效率都在80%以上，以往開發人員必須犧牲音頻性能和增加電路板的空間和係統成本，才能提高效率。所幸
，最新的D類技術已克服了這些架構的缺點，同時簡化了係統設計，降低了解決方案的成本。

對於D類放大器來說，常見的問題包括：濾波器的大小、電磁幹擾(EMI)、射頻幹擾(RFI)和不良的總諧波失真+噪聲(THD+N)。新架構采用揚聲器本身的電感特性，從PWM方(fang)波(bo)輸(shu)出(chu)中(zhong)抽(chou)取(qu)音(yin)頻(pin)成(cheng)份(fen)，從(cong)而(er)省(sheng)去(qu)了(le)用(yong)於(yu)音(yin)頻(pin)的(de)輸(shu)出(chu)濾(lv)波(bo)器(qi)
，但(dan)移(yi)除(chu)濾(lv)波(bo)器(qi)後(hou)的(de)拓(tuo)撲(pu)又(you)會(hui)導(dao)致(zhi)更(geng)多(duo)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)。最(zui)新(xin)開(kai)發(fa)出(chu)的(de)器(qi)件(jian)在(zai)不(bu)犧(xi)牲(sheng)效(xiao)率(lv)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)，可(ke)將(jiang)EMI降至最低並改善THD+N的性能。

EMI對於設計人員來說很重要
，它可幹擾係統內的IC器件和其他的電子設備。此外
，工程人員還需麵對一項艱巨的挑戰，即要符合有關EMI限製標準，例如FCC
、CE、Mil-Std-461和汽車係統專用標準等。第一個由半導體供應商推行的EMI抑製功能是擴展頻譜調製。擴展頻譜調製與傳統的脈衝寬度調製(PWM)不同，其輸出橋路的開關頻率隻會在中心頻率附近的頻帶內變化。

雖然每個器件有不同的中心頻率


、頻(pin)率(lv)擴(kuo)展(zhan)和(he)頻(pin)率(lv)變(bian)化(hua)方(fang)法(fa)
，但(dan)隻(zhi)要(yao)頻(pin)率(lv)的(de)變(bian)化(hua)是(shi)隨(sui)機(ji)的(de)，則(ze)峰(feng)值(zhi)輻(fu)射(she)能(neng)量(liang)便(bian)可(ke)被(bei)降(jiang)低(di)。這(zhe)是(shi)由(you)於(yu)電(dian)磁(ci)能(neng)量(liang)傾(qing)向(xiang)散(san)布(bu)在(zai)較(jiao)寬(kuan)闊(kuo)的(de)頻(pin)帶(dai)內(nei)，所(suo)以(yi)總(zong)高(gao)頻(pin)能(neng)量(liang)會(hui)如(ru)同(tong)一(yi)個(ge)固(gu)定(ding)頻(pin)率(lv)器(qi)件(jian)一(yi)樣(yang)保(bao)持(chi)不(bu)變(bian)
，但(dan)在(zai)頻(pin)帶(dai)內(nei)任(ren)何(he)一(yi)點(dian)頻(pin)率(lv)上(shang)的(de)噪(zao)聲(sheng)均(jun)可(ke)被(bei)降(jiang)低(di)。圖(tu)1比較了一個固定頻率器件和一個擴展頻譜器件的近場EMI測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)。正(zheng)如(ru)圖(tu)中(zhong)的(de)紅(hong)色(se)線(xian)表(biao)示(shi)，峰(feng)值(zhi)能(neng)量(liang)被(bei)減(jian)少(shao)。如(ru)果(guo)實(shi)現(xian)的(de)方(fang)法(fa)正(zheng)確(que)
，那(na)擴(kuo)展(zhan)頻(pin)譜(pu)可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)有(you)效(xiao)的(de)方(fang)案(an)，因(yin)為(wei)它(ta)不(bu)會(hui)對(dui)效(xiao)率(lv)和(he)THD造成任何不良的影響。這種技術現已應用在例如LM4675、LM48410和LM48520之類的器件上。


圖1.D類係統的近場EMI測量結果。從紅色的虛線可看出左邊的固定頻率時鍾方案和右邊的擴展頻譜調製之間的分別。

為了進一步降低器件的EMI輻射，半導體製造商推行了邊沿速率控製(ERC)。D類(lei)輸(shu)出(chu)的(de)高(gao)頻(pin)能(neng)量(liang)被(bei)包(bao)含(han)在(zai)方(fang)波(bo)輸(shu)出(chu)的(de)邊(bian)沿(yan)。輸(shu)出(chu)的(de)上(shang)升(sheng)和(he)下(xia)降(jiang)時(shi)間(jian)越(yue)快(kuai)
，則(ze)邊(bian)沿(yan)所(suo)包(bao)含(han)的(de)高(gao)頻(pin)能(neng)量(liang)就(jiu)越(yue)多(duo)。因(yin)此(ci)
，假(jia)如(ru)輸(shu)出(chu)過(guo)渡(du)時(shi)間(jian)可(ke)以(yi)被(bei)減(jian)少(shao)，那(na)麼(me)便(bian)可(ke)繼(ji)而(er)削(xue)減(jian)由(you)係(xi)統(tong)發(fa)出(chu)來(lai)的(de)高(gao)頻(pin)能(neng)量(liang)。

不過，減少過渡時間也可能對D類(lei)放(fang)大(da)器(qi)的(de)性(xing)能(neng)帶(dai)來(lai)不(bu)好(hao)的(de)影(ying)響(xiang)。隨(sui)著(zhe)花(hua)在(zai)狀(zhuang)態(tai)之(zhi)間(jian)有(you)效(xiao)區(qu)域(yu)的(de)時(shi)間(jian)越(yue)長(chang)

，輸(shu)出(chu)器(qi)件(jian)便(bian)會(hui)耗(hao)散(san)更(geng)多(duo)的(de)功(gong)率(lv)，從(cong)而(er)使(shi)效(xiao)率(lv)下(xia)降(jiang)。此(ci)外(wai)，更(geng)短(duan)的(de)上(shang)升(sheng)和(he)下(xia)降(jiang)時(shi)間(jian)也(ye)會(hui)使(shi)PWM信號偏離完美的方波

，導致在重生的音頻信號中產生誤差並增加THD+N。


圖2.LM48310的EMI測試結果符合FCCB級限製水平。

雖然邊沿速率控製有可能對D類放大器的性能構成威脅
，但它在降低EMI上的表現卻使設計人員欲罷不能，從而令ERC技術不斷改進。隻要實現的方法正確，那便可將效率損失和增加THD+N的不良作用減到最低。其中一個很好的例子是美國國家半導體(NSC,Nationalsemiconductorcorporation)的LM48310(單聲道)和LM48411(多聲道)D類放大器。

以上兩款器件均采用了美國國家半導體專利的增強型放射抑製(E2S)係統。該E2S係統可通過減緩部分邊沿輸出過渡時間來改善效率。通過此方法，不單EMI可被降至最低
，甚至連功耗都可降低至非ERC的D類放大器水平。至於由ERC引致的PWM音頻信號誤差則可通過內部反饋環路進行修正，以減少THD+N並改善音頻品質。[page]


圖3.沒有邊沿速率控製的擴展頻譜D類放大器。器件在EMI測試中，在沒有使用任何濾波器的情況下驅動20英寸長的揚聲器電纜，其結果符合FCCB級的EMI限製。

圖2表示出LM48310的EMI性能。LM48310在完全未經濾波的情況下通過了FCC的B級標準，並用一條12英寸長的無掩蔽雙絞線來驅動一個揚聲器。圖3表示出純擴展頻譜器件在同一測試中的結果。正如圖中所示，美國國家半導體的E2SD類放大器可達到極低的EMI水平，同時可保持優越的音頻性能。


圖4.LM48310示範板的絲網印刷圖。

D類技術的最新發展顯著減低了由D類放大器放射出來的EMI

，但至於在射頻(RF)ganraofangmian，shidangdeyinshuadianlubanshejitongyangkedadajiangdifangsheliang。haowuyiwen，zheshiyigehaohandeketi，erxiangguandewenzhangyeduoruhengheshashu，danzaizhelirengzhidetaolunyixiayouguanjiangdizaoshengheEMI的(de)基(ji)本(ben)方(fang)法(fa)。首(shou)先(xian)
，將(jiang)帶(dai)有(you)開(kai)關(guan)信(xin)號(hao)的(de)跡(ji)線(xian)隔(ge)離(li)，從(cong)而(er)可(ke)有(you)效(xiao)減(jian)少(shao)耦(ou)合(he)到(dao)電(dian)路(lu)敏(min)感(gan)部(bu)分(fen)的(de)噪(zao)聲(sheng)。這(zhe)個(ge)方(fang)法(fa)不(bu)單(dan)可(ke)加(jia)強(qiang)音(yin)頻(pin)性(xing)能(neng)，而(er)且(qie)還(hai)可(ke)將(jiang)產(chan)生(sheng)寄(ji)生(sheng)天(tian)線(xian)的(de)機(ji)會(hui)降(jiang)到(dao)最(zui)低(di)。此(ci)外(wai)，也(ye)需(xu)要(yao)將(jiang)模(mo)擬(ni)輸(shu)入(ru)
、模擬電源(供電給輸入緩衝器
、控製和其他敏感電路)和它們相關的旁路電容器從開關節點隔離，這包括器件輸出
、輸出橋路電源和任何與這些節點相關的外部元件。


圖5.LM48310示範板的頂層。

然而，不少Dleifangdaqijunyongyouduogedianyuanhejiedi，yigeyongzaidizaoshengheshurudianlu，erlingyigezeyongzaijiaodadianliuhedaizaoshengdeshuchuji。jiarugebiedianyuanhejiedijiandedianweichataida

，naqijianbianbunengzhengchangyunxing。keshi，dangqijianzaigeliyinshuadianlubandezaoshengquheningjingquyunxingshi

，yaoquebaoqijianbaochizhengchangdedianweichashiyijianfeichangjianjuderenwu。tu6所示為如何在隔離信號與功率接地的同時為器件保持統一的電位。

由於所有的個別接地節點都連接到同一個覆銅(cupperpour)，該(gai)布(bu)局(ju)與(yu)星(xing)形(xing)接(jie)地(di)的(de)連(lian)接(jie)方(fang)式(shi)類(lei)似(si)，使(shi)這(zhe)些(xie)點(dian)上(shang)的(de)接(jie)地(di)電(dian)位(wei)保(bao)持(chi)一(yi)致(zhi)。不(bu)過(guo)，嘈(cao)雜(za)接(jie)地(di)與(yu)無(wu)噪(zao)聲(sheng)接(jie)地(di)本(ben)身(shen)是(shi)分(fen)隔(ge)開(kai)的(de)，隻(zhi)有(you)在(zai)接(jie)地(di)進(jin)入(ru)電(dian)路(lu)板(ban)時(shi)才(cai)會(hui)連(lian)接(jie)在(zai)一(yi)起(qi)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)可(ke)防(fang)止(zhi)器(qi)件(jian)所(suo)產(chan)生(sheng)出(chu)的(de)噪(zao)聲(sheng)汙(wu)染(ran)無(wu)噪(zao)聲(sheng)接(jie)地(di)。圖(tu)7所示相同的原理應用到VDD層上。電路板的左半邊包括模擬音頻輸入、VDD和輸入耦合電容器C1和C2。電路板的右半邊包括輸出、PVDD(H橋電源)和旁路電容器C3。


圖6.LM48310示範板的接地層。

VDD層ceng和he接jie地di層ceng隻zhi有you在zai電dian源yuan或huo接jie地di進jin入ru電dian路lu板ban時shi才cai會hui連lian接jie在zai一yi起qi。從cong這zhe點dian上shang兩liang個ge層ceng麵mian會hui分fen離li，而er寧ning靜jing節jie點dian會hui持chi續xu與yu開kai關guan節jie點dian隔ge離li。這zhe種zhong技ji術shu可ke有you效xiao防fang止zhi開kai關guan噪zao聲sheng進jin入ru寧ning靜jing區qu，以yi免mian影ying響xiang性xing能neng或huo增zeng加jiaEMI。


圖7.LM48310示範板的Vdd層。

基於其高效率的特性，D類放大器己成為便攜和功耗敏感應用的最佳音頻放大器選擇。在音頻質量和EMI性能方麵的改進方麵，使用D類放大器使得設計的工作變得更簡易。再者
，較寬鬆的PCB布線技術和比較少的外部元件都可將設計周期縮短，並縮小係統尺寸和降低成本
，在不影響音質的前提下延長便攜產品的電池壽命。