D类音频功放如何实现低EMI
发布日期:2023-07-27
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1 介绍
D类音频功放由于开关频率的存在，常常有EMI问题。本文将介绍一些方法，来有效减小D类音频功放的EMI。
2 选择铁氧体磁珠降低边缘速率
利用成本低廉的铁氧体磁珠能节省不少的系统BOM成本。对于小于5MHz的 EMI带宽，尤其是当开关频率约为300kHz（以获得较佳效率），实验结果显示减少边缘速率是降低EMI的有效方法。
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图1 磁珠滤波
图2 不同阻抗铁氧体磁环的边缘速率
图2中，较高的铁氧体磁珠阻抗可以实现较低边沿速率的D类输出；使用600ohm@100MHz 的铁氧体磁珠，可以获得最低边缘速率的D类输出，最终在高频段实现最佳EMI结果。然而，对于相同型号相同封装的磁珠，阻抗较高意味着额定电流较小，所以还要考量其额定电流是否符合电路要求。图3为铁氧体磁珠对于传导性EMI的效果。
图3 铁氧体磁珠对于传导性EMI的效果
图4为铁氧体磁珠对于辐射性EMI的效果
3 利用LC滤波
使用电感滤波，尽管价格昂贵，但抑制EMI效果非常明显，仍被广泛使用。对于传统调制方式的D类音频功放，可使用如下LC滤波。
图5 传统调制方式D类音频功放的BTL LC滤波
表1 传统调制方式8ohm负载的LC滤波
表2 传统调制方式6ohm负载的LC滤波
表3 传统调制方式4ohm负载的LC滤波
对于免滤波调制方式的D类音频功放，可使用如下LC滤波。
表5 免滤波调制方式6ohm负载的LC滤波
图6 免滤波调制方式D类音频功放的BTL LC滤波
表4 免滤波调制方式8ohm负载的LC滤波
表5 免滤波调制方式6ohm负载的LC滤波
表6 免滤波调制方式4ohm负载的LC滤波
4 利用佐贝尔网络，尽量降低瞬时振荡。
图7为我们设计的用于降低输出滤波电路振荡效应的典型电路。R1和C1将吸收由IC本身造成的振荡能量。R2和C2 用于吸收由滤波器谐振频率造成的振荡。
图7 调谐，以减少振荡、降低边缘速率
图8.a中，在传导性EMI测试噪音频带，捕获到周期为350ns的振荡（约2.85MHz），其能量在佐贝尔网络之后已经大幅减弱，并获得更高边缘增益。
表7 滤波器和佐贝尔网络设置
图8 调整佐贝尔网络和电容（减少振荡，获得较慢的边缘速率）
不过又出现了另外一个问题，图9显示振荡加剧了2MHz~4MHz的频带噪声（如果D类输出电流增加的话，振荡会更加严重）。从理论上讲，谐波分量越高，振幅应该越小，但是，滤波器的谐振频率点改变了这一情况。我们看一下图8.a，与设置4相比，设置3在2MHz~5MHz频带具有更好的噪声抑制能力。最终，设置3在减少振荡方面表现出最佳的调优效果，并且获得了较低的边缘速率，及良好的2MHz~5MHz的EMI裕量。
图9 振荡加剧2MHz~4MHz 频带噪声（设置4）
5 PCB布局
（5.l）滤波器PCB布局
为尽可能减少滤波器电流回路（电流回流至GND），确保电流环路小。
1） 将滤波器尽可能靠近输出引脚。
2） 尽量减少滤波器接地的电流回路。
3） 尽量确保滤波器和D类设备的底层是一个完整的接地层。
4） 如果要添加佐贝尔网络来减少振荡，将佐贝尔网络尽可能靠近滤波器。
5） 将缓冲电路尽可能靠近设备的输出引脚。
（5.2） 电源布局
图10 PVCC布局
（5.3） 输出
D类功放输出走线短而粗，包括接到喇叭的线短而粗甚至使用屏蔽线，都能有效的减小EMI。
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