在便攜式應(yīng)用中使用D類放大器降低EMI并保持高效率

D類放大器通常非常高效，使其成為需要長電池壽命和低散熱的便攜式應(yīng)用的理想選擇。然而，電磁干擾（EMI）是D類開關(guān)拓?fù)渫ǔ０殡S的問題。主動(dòng)輻射限制可降低輻射發(fā)射并實(shí)現(xiàn)“無濾波器”操作，使設(shè)計(jì)人員能夠創(chuàng)建具有低EMI的小型高效便攜式應(yīng)用。

智能手機(jī)、平板電腦和便攜式揚(yáng)聲器等電池供電消費(fèi)電子產(chǎn)品的迅速普及推動(dòng)了對高效音頻放大器的需求穩(wěn)步增長。需要高效音頻放大器來延長電池壽命和降低功耗，同時(shí)仍保持低電磁干擾 （EMI） 水平。

D類放大器現(xiàn)在廣泛用于這些應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兲峁┘s90%的峰值效率，而典型的AB類放大器的峰值效率為50%。這種增加的效率非常重要，因?yàn)樗兄谠O(shè)計(jì)人員降低功耗、延長電池壽命、使用更小的外形尺寸和更低的散熱。

D 類放大器和電磁干擾

誠然，高效率確實(shí)帶來了自身的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。D類音頻放大器的開關(guān)拓?fù)鋾?huì)產(chǎn)生EMI，設(shè)計(jì)人員必須對此進(jìn)行緩解。EMI產(chǎn)生輻射和傳導(dǎo)噪聲，這些噪聲隨著信號電平的增加而增加，并干擾器件中的其他子系統(tǒng)。工程師必須符合美國聯(lián)邦通信委員會(huì) （FCC） 針對在美國生產(chǎn)和銷售的消費(fèi)類產(chǎn)品的 EMI 標(biāo)準(zhǔn)，世界各地都存在類似的 EMI 規(guī)范。

管理 EMI 更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)樵O(shè)備外形尺寸不斷縮小。因此，便攜式應(yīng)用的工程師面臨著設(shè)計(jì)成越來越小的外形尺寸的額外壓力。有限的空間可能迫使設(shè)計(jì)人員取消有助于抑制EMI的輸出濾波器、外殼和系統(tǒng)級屏蔽。然而，為了節(jié)省寶貴的空間而消除這些元件，使得D類放大器引入的EMI更加難以解決。

要了解 D 類音頻放大器中如何產(chǎn)生 EMI，有必要了解 D 類架構(gòu)。D 類放大器使用音頻輸入信號調(diào)制高頻三角波形（圖 1）。輸出為方波，對應(yīng)于放大的音頻信號。揚(yáng)聲器自然包含一個(gè)低通濾波器，該濾波器剝離高頻載波并恢復(fù)原始音頻波形。這種方法效果很好，因?yàn)镈類放大器會(huì)不斷打開和關(guān)閉。因此，與使用AB類放大器的設(shè)備相比，使用D類放大器的設(shè)備損失的功率要少得多，AB類放大器的輸出始終處于部分開啟狀態(tài)。

圖1.這個(gè)基本半橋D類放大器的簡化框圖由一個(gè)脈寬調(diào)制器、兩個(gè)輸出MOSFET和一個(gè)低通濾波器（LF和 CF） 從輸出方波中恢復(fù)放大的音頻信號。

然而，方波的邊緣會(huì)產(chǎn)生高頻元件，這些元件很容易被印刷電路板（PCB）走線輻射。這些尖銳的輸出轉(zhuǎn)換也會(huì)產(chǎn)生過沖，從而引入額外的高頻內(nèi)容，這對EMI性能來說是不理想的。幸運(yùn)的是，像有源輻射限制（AEL）這樣的邊沿速率控制技術(shù)現(xiàn)在已集成到許多D類放大器中，以管理這些EMI問題并消除對大型輸出濾波器的需求。

先進(jìn)的技術(shù)控制 EMI 并節(jié)省寶貴的空間

AEL是一種專有的邊沿速率控制技術(shù)，集成到許多Maxim? D類放大器中。AEL 電路減少了窄帶頻譜組件，而不會(huì)降低音頻性能。有關(guān)AEL電路的更詳細(xì)說明，請參見應(yīng)用筆記3973：“Maxim的有源輻射限制電路揭秘”。

快速輸出轉(zhuǎn)換通過最小化輸出器件上升和下降時(shí)間的損耗來提高效率。然而，這些快速轉(zhuǎn)換也引入了高頻內(nèi)容，對排放性能產(chǎn)生負(fù)面影響。借助 AEL，軌到軌輸出擺幅可智能控制，以降低輸出中不需要的快速開關(guān)頻率，同時(shí)仍保持高效率。圖2和圖3顯示了帶AEL的MAX98314 D類放大器與不帶AEL的D類放大器的效率和EMI性能（圖4和 圖5）。AEL 技術(shù)可顯著降低 EMI 輻射，同時(shí)保持高達(dá) 93% 的效率。

圖2.帶AEL的MAX98314 D類放大器的典型音頻效率。

圖3.帶AEL的MAX98314 D類放大器的EMI頻譜。AEL 可降低 EMI，并消除了傳統(tǒng) D 類器件中對輸出濾波的需求。EMI性能，60cm揚(yáng)聲器電纜，無輸出濾波器。

圖4.不帶 AEL 的 D 類音頻放大器的效率。

圖5.不帶 AEL 的 D 類音頻放大器的 EMI 頻譜。

結(jié)論

AEL 使設(shè)計(jì)人員能夠從 D 類放大器的高效率中受益，而無需擔(dān)心其開關(guān)拓?fù)洚a(chǎn)生的 EMI。AEL 技術(shù)可降低 EMI，并消除對濾波器和其他 EMI 抑制組件的需求。借助 D 類音頻放大器和 AEL，設(shè)計(jì)人員可以降低 EMI，實(shí)現(xiàn)更小的應(yīng)用，以更少的組件降低成本，并延長當(dāng)今便攜式應(yīng)用中的電池壽命。

審核編輯：郭婷