多种技术破解电磁干扰难题 D类放大器市场前景看好

弥补电磁干扰"短板"

　　●多种技术缓解电磁干扰

　　●根据器件需求选择滤波方式

　　张扬　　所有的D类调制技术都是将音频信号编码至脉冲流。最常见的技术是PWM.PWM技术之所以受到青睐，是因为它在数百千赫兹的载频下具有100dB或以上的音频带信噪比（SNR）--这么低的噪声足以限制输出级的开关损耗。此外，调制器能实现几乎100%的调制稳定度，允许高输出功率。

　　罗姆专家　　D类放大器由高电压输出PWM调制的信号，开关频率虽只有数百千赫兹，但其高频成分可以延伸至数百兆赫兹。这些噪音会通过电源线、扬声器线传播，引起整机产生电磁辐射干扰噪音。

　　罗姆的D类放大器对高电压的开关输出电路采用最优化控制，强化对输出信号波形的过冲、下冲及伴随而来的振铃波形的抑制，从而实现辐射噪声的降低。另外，通常情况下D类放大器的开关输出之后，由PWM调制的信号需要恢复成模拟信号，需要设置低通滤波器。罗姆的D类放大器，在手机及其他扬声器线材较短的机器中，上述的低通滤波器可以省略，能够使外围元件数量得以减少。魏智　　美信通过对D类放大器的开关频率加抖实现扩谱调制，实际开关频率相对于标称开关频率的变化范围可达到±10%.尽管开关波形的各个周期会随机变化，但占空比不受影响，因此输出波形可以保留音频信息。扩谱调制有效拓宽了输出信号的频谱能量，而不是使频谱能量集中在开关频率及其各次谐波上。换句话说，输出频谱的总能量没有变，只是重新分布在更宽的频带内。这样就降低了输出端的高频能量峰，因而将扬声器电缆的EMI辐射降至最低。虽然一些频谱噪声可能由扩谱调制引入音频带宽内，但这些噪声可以被反馈环路的噪声整形功能抑制掉。美信的很多免滤波器D类放大器还允许开关频率同步至一个外部时钟信号，因此用户可以将放大器开关频率设置到相对不敏感的频率范围内。

　　美信的新一代D类音频功率放大器采用了相同的扩谱调制技术，并在这项技术的基础上增加了一项新的、正在申请专利的有源辐射抑制电路（AEL），在不降低音频性能的情况下进一步降低窄带频谱分量。

　　郭俊杰　　美国国家半导体有一系列无需滤波器的D类放大器，以扩展频谱及增强版电波辐射抑制（E2S）技术为例，利用创新的技术，可将电磁干扰的影响减至最少。设计工程师只要采用已引进这些新技术的D类放大器，便不用担心电磁波干扰器件的运作。

　　此外，放大器若内置扩展频谱调制电路，便无需加设输出滤波器、磁珠或扼流圈。开关频率会在中心频率的上下波动，波幅约为±30%.这样可减少争用宽带频谱，确保扬声器、相关电缆及电路板走线所产生的电波辐射进一步减少。相对来说，固定开关频率D类放大器会有较大量的电波辐射，若电磁波的频率刚好是开关频率的倍数，创新的扩展频谱技术可将电磁波辐射扩散至一个较大的频带范围内。开关频率的周期性波幅不会影响音频信号的复制及转换效率。

　　E2S技术可以减少电磁干扰，确保复制的音频信号准确无误，而且还可进一步提高转换效率。由于E2S技术能够有效抑制输出噪声，因此输出方波的高频成分大致上可以全部滤除，而另一方面又可大量减少"THD+N"，并且大幅提高转换效率。由于D类放大器采用E2S技术，可确保"THD+N"低至只有0.03%，转换效率也可高达88%.

　　张洪为　　目前，有一些其他的调制技术如PFM（脉冲频率调制）或类似Δ-Σ调制类型的非定频PWM技术在D类放大器中采用，但是PFM的宽范围变频给滤波器设计带来困难，类似Δ-Σ调制类型的非定频PWM只能实现1阶Δ-Σ环，好处有限，对时钟抖动和电源噪声却很敏感，使用并不广泛。

　　由于D类放大器使用的频率一般在250kHz～500kHz之间，远低于30MHz，对喇叭的输出还可以采用双绞线，EMI的影响远低于一般想象。因此，我们建议小功率D类功放不加滤波器。

　　王新成　　PWM技术在D类放大器中起着决定性的作用，目前几乎所用的集成D类放大器都是基于PWM技术的，包括全数字Δ-Σ过采样方式的D类放大器，它的核心技术是PCM（脉冲编码调制）-PWM的转换算法。PDM（脉冲密度调制）是另一个很有前途的方法，因为它具有更优良的EMI性能和更好的音质，但要求载波频率必须高于2MHz以上，用目前的工艺难以解决开关损耗问题。

　　华润矽威设计的PT5305、PT5306、PT5326全部采用了无LC（电感-电容）滤波器技术，EMI传导噪声比传统方式低12dB，可以替代AB类放大器。这些器件除效率是AB类放大器的2.3倍之外，还具有比AB类放大器更好的音质。

　　林欣欣　　由于D类放大器利用动态扬声器的寄生电感和电容作为低通滤波器，市场上的产品大多都是"无滤波器"设计。但是，这没有免除在放大器输出上进行EMI滤波的需要。无论D类放大器采用的是何种调制技术，它始终会在输出端产生开关信号。这开关信号如果未被滤除，将沿着输出和接地迹线传播至系统的其他部分。安森美半导体建议音频设计须留心EMI滤波和PCB布线设计两方面的问题。 EMI滤波器应能消除可能与高于700 MHz RF频率产生干扰的信号。常见的EMI滤波器解决方案是在D类放大器的每路输出增加铁氧体片式磁珠，其中磁珠的位置应该越接近放大器的输出引脚越好。