基于便携式设备可降低电磁干扰(EMl)新技术的应用

型的D类放大器采用具有噪声整形功能的反馈环路，可极大地降低由脉宽调制器、输出级以及电源电压偏离的非线性所引入的带内噪声。这种拓扑与用在∑-△调制器中的噪声整形类似。为阐明噪声整形功能，图1给出了为现代D类放大反馈补偿回路以传递函数形式表达的示意图,即一个1阶噪声整形器的简化框图.反馈网络通常包含一个电阻分压网络，但为简便起见，图1的反馈比例为1.由于理想积分器的增益与频率成反比，图中积分器的传递函数也被简化为1/s.同时假定PWM模块具有单位增益，并且在控制环路中具有零相位偏移。使用基本的控制模块分析方法，可得到以下输出表达式：

由等式1可知，噪声项En(s)与一个高通滤波器函数(噪声传递函数)相乘，而输入项VIN(s)与一个低通滤波器函数(信号传递函数)相乘。噪声传递函数的高通滤波器对D类放大器的噪声进行整形。如果输出滤波器的截止频率选取得当，大部分噪声会被推至带外(见图2右上角坐标糸统)。

图2 现代D类放大器反馈补偿回路方框以传递函数形式表达的示意图

上述例子使用的是1阶噪声整形器，而多数现代D类放大器采用高阶噪声整形拓扑，以便进一步优化线性度和电源抑制特性。新型无滤波器D类放大器的导出

传统D类放大器的一个主要缺点就是它需要外部LC滤波器。这不仅增加了方案总成本和电路板空间，也可能因滤波元件的非线性而引入额外失真。幸好，很多现代D类放大器采用了先进的“免滤波器”调制方案，从而省掉或至少是最大限度降低了外部滤波器要求。图3给出免滤波器调制器拓扑的简化功能框图。

图3 免滤波器调制器拓扑的简化功能框图

与传统的PWM型BTL放大器不同，每个半桥都有自己专用的比较器，从而可独立控制每个输出。调制器由差分音频信号和高频锯齿波驱动。当两个比较器输出均为低电平时，D类放大器的每个输出均为高。与此同时，或非门的输出变为高电平，但会因为RON和CON组成的RC电路而产生一定延时。一旦或非门延时输出超过特定门限，开关SWl和SW2随即闭合。这将使OUT+和OUT-变为低，并保持到下个采样周期的开始。这种设计使得两个输出同时开通一段最短时间 t0N(MIN)，这个时间由RON和CON的值决定。如图4所示，输人为零时，两个输出同相并具有t0N(MIN)的脉冲宽度。

图4 免滤波器调制器拓扑的输入与输出波形示意图

随着音频输入信号的增加或减小，其中一个比较器会在另一个之前先翻转。这种工作特性外加最短时间导通电路的作用，将促使一个输出改变其脉冲宽度，另一个输出的脉冲宽度保持为t0N(MIN)，见图4所示。这意味着每个输出的平均值都包含输出音频信号的半波整流结果。对两路输出的平均值进行差值运算，便可得到完整的输出音频波形。

由于MAX9700的输出端在空闲时为同相信号，所以负载两端没有差分电压，从而最大限度降低了静态功耗，并且无需外部滤波器。免滤波器D类放大器从输出中提取音频信号时并不依靠外部LC滤波器，而是依靠扬声器负载固有的电感以及人耳的听觉特性来恢复音频信号。扬声器电阻(RE)和电感(LE)形成一个1阶低通滤波器，其截止频率为：

对大多数扬声器而言，这个l阶低通滤波器足以恢复音频信号，并可防止在扬声器电阻上耗散过多高频开关能量。即使依然存在残余开关能量使扬声器组件产生运动，这些频率也无法被入耳听到或影响听觉感受。使用免滤波器D类放大器时，为获得最大输出功率，扬声器负载应保证在放大器开关频率下仍为感性负载。利用D类放大器延长电池使用寿命

高效D类音频功率放大器使电池使用寿命延长为传统线性放大器的两倍，从而使音乐播放时间更长。DC音量控制等特性不仅降低了系统成本，实现了板级空间的最小化，同时其低噪声底限能扩大动态范围，并优化音频质量。D类音频放大器可为你的便携式扬声器系统提供灵活的低成本设计解决方案，见图5示意图。图5中 D类放大器可采用TPA2008D2型2×3W D类放大器。

图5 利用D类放大器延长电池使用寿命示意图

该解决方案应用范围为：音频基座、迷你扬声器与轻便型收录机。其特性为：8Ω扬声器提供的88%的 D类放大效率；集成DC音量控制范田为-38dB至20dB，而步长为2dB;低噪声，电源纹波抑制比(PSRR)为70dB;TPA2008D2型为 24引脚HTSSOP封装。扩谱调制的应用是降低EMI有效技术

有必要先介绍何谓扩谱调制技术。通过展宽信号频谱来减少EMI的需求，根据这个基本概念加以拓展的主要优化技术被称为优化扩谱调制或称频谱扩散(OSD)。它极大地减少了EMI，而没有受频谱展宽时钟(SSC)抖动问题的困扰。

应该说，免滤波器工作方式的一个缺点就是可能通过扬声器电缆辐射EMI。由于D类放大