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采用新的調制技術和濾波器結構減小D類放大器的EMI
日期:2007/7/9 16:43:39   作者:Maxim Integrated

D類放大器的技術迅猛發(fā)展,最常見的莫過于應用于每個通道低于50W的低功耗產品中。在這些低功耗應用中,D類放大器相比傳統(tǒng)AB類放大器而言有效率上的先天優(yōu)勢,因為D類放大器的輸出級通常只處于導通或關斷,沒有中間偏壓級。然而,長久以來,這一效率上的優(yōu)勢并未使其獲得設計人員的廣泛青睞,因為D類放大器也有明顯的缺點:器件成本高、較差的音頻性能(與AB類放大器相比),并且需要輸出濾波。

近年來,受以下兩個主要因素的影響,這樣的局面正逐漸扭轉,使D類放大器在很多應用領域引起了人們的廣泛關注。

首先,是市場需要。D類放大器的某些優(yōu)點推動了手機和LCD平板顯示器這兩個終端設備市場的迅速發(fā)展。對于手機來說,揚聲器和PTT(Push-to-Talk,一鍵通)模式需要D類放大器的高效率,以延長電池壽命。LCD平板顯示器的發(fā)展對電子器件提出了“低溫運行(cool running)”的需求,這是由于工作溫度的升高將影響顯示顏色對比度。而D類放大器的高效率意味著驅動電子設備時功耗更低,使LCD平板顯示器工作時發(fā)熱更少,圖像顯示效果更好。

影響D類放大器應用的第二個因素便是自身技術的發(fā)展。根據市場需要,一些制造商改進了D類放大技術,使D類放大器具有更理想價格的同時,也具備了與AB類放大器相近的音頻性能。此外,一些新型的D類放大器輸出調制方案還可以降低實際應用的EMI。

某些新型D類放大設計方案雖然是基于老式的PWM型結構,但采用了更復雜的調制技術,實現(xiàn)低功耗系統(tǒng)中的無濾波工作。效率指標可以通過測試驗證,但某些設計人員仍然懷疑基于這些新技術的產品將存在普遍的EMC/RFI兼容性問題。實際上,良好的PCB布局和較短的揚聲器連線可以保證大大降低EMI幅射,使之滿足FCC或CE標準。 
應用難點

有些應用中的物理布局需要長的揚聲器連線,這樣的揚聲器連線便具有天線效應,必須嚴格控制RF幅射。實際上,揚聲器連線越長,它作為天線產生幅射的頻率就越低。同時,某些應用要求EMI幅射低于CE/FCC標準,以符合汽車電子規(guī)范,或者避免干擾其他低頻電路。面對如此紛繁各異的需求,這些應用往往成為一些難點無法克服。

最有代表性的應用難點便是平板電視。由于揚聲器通常排列在設備的外側邊緣,往往不可避免的要使用長的揚聲器連線。如果還存在模擬視頻信號,則僅僅滿足FCC或CE的RF幅射要求還不夠(這些標準只針對30MHz以上的頻率);往往還需要抑制開關基頻以避免干擾視頻信號。如果采用早期PWM放大器所用的傳統(tǒng)LC濾波器,則需要對其進行分析,以保證他們能有效抑制新型放大器所產生的高頻開關瞬態(tài)。

PWM型D類放大器

傳統(tǒng)D類放大器通;诿}寬調制(PWM)原理設計。其輸出可以配置為單端或全差分橋接負載(BTL)。圖1為PWM型D類放大器的典型BTL輸出波形。快速的切換時間和接近軌至軌的擺幅使此類放大器具有非常高的效率。然而,這些特性使放大器具有寬的輸出頻譜,可能導致高頻RF幅射和干擾。因此,采用此類方案通常需要使用輸出濾波器來抑制有害的RF幅射。

如果器件的反相和同相輸出回路具有較高的匹配度,則兩個對稱輸出信號波形在揚聲器或連線上將具有很小的共模(CM)信號(底部的跡線)。注意:50%占空比代表零輸入信號(空閑狀態(tài))。因此,可以設計一個差分低通濾波器,用于衰減信號波形中高頻分量(快速切換所產生的),同時保留有用的低頻分量以輸出到揚聲器。

新一代調制技術

隨著市場對D類放大器需求的不斷增長,一些制造商最近推出了可獨立控制H橋的兩個半橋的新一代調制方案。這一調制方案具有兩個主要優(yōu)點:
(1)音頻信號較弱或空閑狀態(tài)時,負載上幾乎沒有差分開關信號。較傳統(tǒng)PWM設計改進了靜態(tài)電流損耗。
(2)最小脈沖,共模(CM)開關信號有助于降低導通和關斷瞬態(tài)。BTL輸出引腳的空閑狀態(tài)直流電平(濾波后)接近于GND。因此,濾波元件的不匹配或雜散電容(可能導致放大器導通或關斷時出現(xiàn)音頻雜音)可減到最小。

顯然,這一新技術雖具有一些優(yōu)點,但放大器輸出將不再對稱。

此類D類放大器對輸出濾波器的要求,不同于具有傳統(tǒng)差分輸入和互補PWM輸出的放大器。與PWM相比,MAX9704調制方案的輸出往往含有較高的共模信號,設計輸出濾波器時需要考慮這點。正如后面的實例所示,傳統(tǒng)差分濾波器拓撲結構的效果往往不太理想。

進一步信息,請訪問http://www.maxim-ic.com/an3878;尋求技術支持,請訪問http://www.maxim-ic.com/support,索取樣品,請訪問http://www.maxim-ic.com/samples。

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