所有世界市場(chǎng)上的電子產(chǎn)品在銷(xiāo)售給大眾之前，都要進(jìn)行某種EMI/EMC測試，來(lái)證明其不會(huì )產(chǎn)生干擾，或者不會(huì )被其它設備干擾。出于測試目的，這些產(chǎn)品被分成兩類(lèi)：主動(dòng)輻射體和非主動(dòng)輻射體。例如，手機和對講機就會(huì )主動(dòng)輻射能量，而電視機、電腦或者筆記本電腦則不會(huì )。

取決于產(chǎn)品種類(lèi)和所涉及的中介不同，EMI/EMC測試的要求也有不同，但還是可以大致分為兩大類(lèi)：

?干擾性測試：限定了某產(chǎn)品能輻射或者傳導的振幅和頻率，從而使其不會(huì )對其它設備產(chǎn)生干擾；

?抗干擾性測試（也叫免疫性測試）：限定了會(huì )干擾其它設備以及發(fā)出輻射的輻射信號和傳導信號的振幅和頻率。

一個(gè)設備發(fā)出EMI的方式有兩種：傳導和輻射。這些都是相關(guān)的，因為所有的輻射EMI都是由電流而產(chǎn)生，但并不是所有的電流都會(huì )產(chǎn)生輻射。因此，首先要研究和抑制輻射干擾問(wèn)題，然后再處理傳導干擾問(wèn)題。

在這兩者中，輻射更難預測和抑制，因此是造成大多數非主動(dòng)輻射體產(chǎn)品EMI測試失敗的原因。在此我們將集中解決產(chǎn)品中普遍帶有的音頻/視頻接口的輻射干擾問(wèn)題。要滿(mǎn)足EMI/EMC規則所規定的限度可以有很多方法，但是他們大都可以被納入屏蔽和過(guò)濾兩大類(lèi)。

在實(shí)際操作中，這兩大類(lèi)方法都要與特殊應用方法相結合，來(lái)實(shí)現一個(gè)總的EMI方案。例如，在很多產(chǎn)品中都會(huì )有一個(gè)金屬底盤(pán)來(lái)屏蔽輻射，以及LC或RC濾波器來(lái)降低入線(xiàn)和出線(xiàn)的傳導干擾。另外，我們還可以“高頻抖動(dòng)”一個(gè)時(shí)鐘來(lái)擴展其頻譜，以及降低某個(gè)特別應用所要求的過(guò)濾或者屏蔽的等級。

如果一個(gè)產(chǎn)品的性能得到了初步認證，它就會(huì )被拿到一個(gè)正規實(shí)驗室進(jìn)行正規測試，如果通過(guò)了測試，那就可以投入銷(xiāo)售了。如果不能通過(guò)測試，那問(wèn)題就來(lái)了。如果有問(wèn)題，那么即便是一個(gè)小小的改變也會(huì )需要很長(cháng)時(shí)間，而且會(huì )推遲產(chǎn)品的上市，因為所有國際和國內市場(chǎng)都要求產(chǎn)品通過(guò)EMI/EMC測試。因此，如果是某個(gè)視頻產(chǎn)品，其EMI設計將不得不犧牲視頻的性能，來(lái)確保該產(chǎn)品能夠通過(guò)測試。而為了通過(guò)測試，又需要考慮物理尺寸和組件成本，從而使得這一現象在現代設計中更為嚴重。

在產(chǎn)品尺寸最小化而性能期望值卻最高化的現代音頻－視頻模擬接口領(lǐng)域，這一點(diǎn)體現的尤為明顯。要解決這一問(wèn)題，第一步就是找到EMI/EMC測試失敗最多的地方，然后在此基礎上找到可能的解決辦法。

測試失敗的原因所在

EMI/EMC測試的失敗發(fā)生在一個(gè)產(chǎn)品設計過(guò)程中的最薄弱的地方，在這種情況下，會(huì )有一個(gè)信號(以及干擾)進(jìn)入或者離開(kāi)產(chǎn)品的屏蔽或者過(guò)濾結構。對于某個(gè)設備的音頻/視頻接口，最薄弱的地方就是將該設備與其它設備連接并作為天線(xiàn)使用的連接線(xiàn)纜。對于電腦來(lái)說(shuō)，將顯示器和揚聲器連接到電腦的連接線(xiàn)是最容易收到干擾的，也是在EMI/EMC測試中最容易產(chǎn)生問(wèn)題的地方。

我們可能會(huì )認為只有涉及到大帶寬的視頻接口才會(huì )有這樣的情況，而低頻率的音頻接口應該不會(huì )有這種問(wèn)題，但真的是這樣嗎？這只有在過(guò)去A類(lèi)音頻放大器中才會(huì )成立，而目前所用的高頻D類(lèi)放大器都帶有高頻轉換信號，如果沒(méi)有適當屏蔽或者過(guò)濾，它們也會(huì )在EMI測試中產(chǎn)生問(wèn)題。

在過(guò)去，大型外置濾波器和屏蔽線(xiàn)纜都可以解決這些問(wèn)題，成本也不高，但卻讓產(chǎn)品性能大打折扣，而且增大了產(chǎn)品的體積。隨著(zhù)這些產(chǎn)品縮減尺寸，并發(fā)展到現代的音頻和視頻播放器，這些方案必須減小尺寸，同時(shí)又要保持甚至改進(jìn)性能。為了實(shí)現這一目的，MAX9511圖像視頻接口和MAX9705 D類(lèi)音頻放大器等芯片都紛紛被開(kāi)發(fā)出來(lái)，來(lái)在縮減尺寸的同時(shí)確保EMI性能。

為了展示這一目的是如何達到的，我們來(lái)看看一臺普通電腦的音頻和顯示器接口，以及其通過(guò)這些小尺寸的設備達到的EMI性能。首先，我們要了解音頻/視頻接口設計要解決的不同的EMI問(wèn)題，以及解決的方法。

視頻接口和EMI

電腦普遍采用的視頻方式，也就是我們所說(shuō)的“顯卡”，和電視的是不一樣的。它帶有紅、綠、藍(RGB)模擬視頻信號，以及由水平和垂直同步和DDC組成的單獨邏輯信號，這些信號的上升和下降時(shí)間都很快。電腦一般都采用一個(gè)高密度D-subminiature連接器作為視頻連接器，將顯示器和主機相連。如圖1。

圖1: 典型的VGA連接以及產(chǎn)生輻射EMI的信號(點(diǎn)擊放大圖)

盡管這個(gè)方案已經(jīng)結合了視頻信號屏蔽和共模扼流圈來(lái)降低輻射和傳導EMI，但還是需要再增加過(guò)濾這一環(huán)節，才能夠確保滿(mǎn)足EMI要求。

為了以最可能高的分辨率復制“開(kāi)”“關(guān)”象素的棋盤(pán)狀圖案，廣播視頻領(lǐng)域也會(huì )采用類(lèi)似的過(guò)濾來(lái)從電視圖像中消除贗樣鋸齒，但不是電腦圖像。因此，為了實(shí)現最好的顯示性能，我們都想希望帶寬越大越好，但是在實(shí)際中，EMI性能和視頻性能卻無(wú)法兼得，因此只好犧牲視頻帶寬。對于多信號視頻接口，這是由多個(gè)原因造成的。

例如，當你過(guò)濾這些視頻時(shí)，會(huì )產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間延遲，而如果RGB視頻通道不能和時(shí)序緊密匹配，那么在圖像的邊緣就會(huì )產(chǎn)生“散射”這樣的問(wèn)題。為了避免這一現象，視頻通道的群延遲和群延遲匹配必須得到很好的控制。RGB視頻很容易受到這兩種因素的影響。

為了實(shí)現最好的性能，群延遲必須隨頻率保持一致，通道之間組延遲匹配最小要保持在±1/2個(gè)象素時(shí)間之內。如果匹配能有如此緊密，那么同步信號也必須跟蹤通道延遲，這樣才能正確地構成圖像。如果這樣做，我們又還要解決多個(gè)分辨率的問(wèn)題，電腦的顯示器就可以做到這一點(diǎn)。

在此應用中，要通過(guò)一個(gè)固定頻率濾波器來(lái)優(yōu)化性能是很難的。因為如果我們在最低分辨率情況下設計濾波器來(lái)抑制EMI，濾波器的阻帶可能會(huì )介入到高分辨率格式的信號帶寬中，從而對其性能產(chǎn)生不利影響。而如果是為了最高分辨率而設計，你可能也滿(mǎn)足不了EMI要求。

很顯然，最好的方案就是一個(gè)頻率響應能夠跟蹤所用的顯示分辨率的“可調”濾波器，但是這又增加了成本，而且可能增加產(chǎn)品尺寸。另外，同步和DDC驅動(dòng)的快速升降時(shí)間對于EMI性能也仍然重要，因此在任何完整的EMI方案中，都要把這些考慮在那。當然，還有一些很久以來(lái)就存在的問(wèn)題，例如為了滿(mǎn)足即插即用要求而由視頻DAC進(jìn)行的負載檢測。

MAX9511就可以滿(mǎn)足所有這些要求，圖2顯示了一個(gè)利用MAX9511的高分辨率圖形板輸出的典型前后性能，并將之和在原始輸出上使用一個(gè)LC濾波器的方案做了對比。

圖 2: 三種輻射情況(點(diǎn)擊放大圖)

音頻和EMI

要在不產(chǎn)生EMI的情況下達到效率和性能，音頻有一系列不同的問(wèn)題。在便攜式應用中，我們希望將電池壽命越長(cháng)越好，但又不希望低效設計產(chǎn)生熱量，因此我們廣泛使用D類(lèi)音頻放大器。

問(wèn)題是D類(lèi)放大器運用PWM來(lái)實(shí)現高效率，這一點(diǎn)和交換式電源供應器很類(lèi)似。將未屏蔽揚聲器的連接線(xiàn)接到輸出上，會(huì )使其像天線(xiàn)那樣輻射EMI。盡管時(shí)鐘頻率高于音頻頻譜，一般是在300 kHz 到1 MHz，但它是一個(gè)諧波含量很大的方波，而且用來(lái)消除諧波的濾波器又大又昂貴。因此，就因為尺寸原因，在便攜式應用如筆記本電腦中，這不是一個(gè)可行的方案。

一般的設計拓撲也起不到作用。要將輸出音頻功率最大化，便攜式設備只有采用一個(gè)輸出連接，我們稱(chēng)為橋接式負載(BTL)，此時(shí)揚聲器的兩根線(xiàn)都得到有效驅動(dòng)。如圖3所示范例：

圖3: 一個(gè)典型的D類(lèi)放大器方案(點(diǎn)擊放大圖)

此方案采用一個(gè)比較儀來(lái)監控模擬輸入電壓，并將之比作一個(gè)三角時(shí)鐘波形。當三角波形的輸入量超過(guò)音頻輸入電壓時(shí)，比較儀會(huì )斷開(kāi)，同時(shí)一個(gè)逆變器會(huì )產(chǎn)生互補PWM波形，來(lái)驅動(dòng)BTL輸出部位的另一面。因此，帶有兩個(gè)感應器(L1和L2)和兩個(gè)電容器(C1和C2)的輸出濾波器的要求實(shí)際上是一個(gè)單端音頻輸出所要求的兩倍。由于需要處理峰值輸出電流，感應器尺寸都很大，并占據了大部分空間。

借助于揚聲器聲音線(xiàn)圈的感應和離散電容器，D類(lèi)放大器可以用來(lái)運行一個(gè)濾波器，但是由于連接線(xiàn)仍然會(huì )輻射相當數量的能量，使用內置揚聲器還是會(huì )有限制。有一個(gè)方法是更改交換流程，使得放大器在保持高效的同時(shí)，又能減少EMI，并因此而需要一個(gè)更小的濾波器。

要實(shí)現這一目的，可以調制時(shí)鐘的頻率降低能量。在縮小點(diǎn)返回之前，時(shí)鐘頻率的擴頻調制或者“抖動(dòng)”擴展頻譜的范圍是有限的。如圖4，我們可以看到這種技術(shù)對一個(gè)典型輻射圖案的作用。

圖4: MAX9705輻射數據(MAX9705EV套件，SSM模式，12英寸長(cháng)的非屏蔽雙絞線(xiàn))(點(diǎn)擊放大圖)

由于輸出功率水平高于數百毫瓦，一部分帶有SSM并超過(guò)幾英寸的揚聲器連線(xiàn)會(huì )輻射太多的能量。此時(shí)，即便提高時(shí)鐘頻率也是無(wú)濟于事的，因為隨著(zhù)頻率的升高，D類(lèi)放大器的輸出光譜會(huì )降低，但是揚聲器的連接線(xiàn)會(huì )變得像天線(xiàn)一樣高效，使得任何性能上的改進(jìn)都無(wú)法實(shí)現。要進(jìn)一步改進(jìn)EMI性能，就要求更改D類(lèi)放大器本身所采用的PWM波形。這可以通過(guò)一種已經(jīng)申請專(zhuān)利的，被稱(chēng)為有效輻射限制(AEL)的方法來(lái)實(shí)現。

AEL電路所采取的第一步，就是設置放大器的最小脈寬，這不像圖3中的那樣受到設計的限制。結合重疊、升降時(shí)間和時(shí)鐘頻率，最小脈寬將過(guò)程中產(chǎn)生的功率譜限制在一個(gè)給定的輸出功率的水平。這樣做的目的是為了將之降低到一定的水平，使得各部分在沒(méi)有外置過(guò)濾的情況下都可以運行，同時(shí)即便是帶有24英寸長(cháng)的外置揚聲器連接線(xiàn)，其輻射也能保持在輻射干擾限制范圍之內。

我們也希望能夠實(shí)現足夠的音頻性能，而達到這一目的需要至少2瓦的峰值功率輸出。同時(shí)，我們還想將熱量最小化，并讓電池壽命延長(cháng)至極限，所以我們需要能在低電壓?jiǎn)屋斎脒\行的情況下實(shí)現高效率，以及適用于耳機的低功率關(guān)閉模式。此時(shí)，總諧波失真加噪音(THD+N)必須很低，而信噪比必須很高，并能進(jìn)行咔嗒聲-怦然聲抑制，同時(shí)輸入必須能和單端或者微分輸入相兼容。

圖5展示了美信D類(lèi)放大器中有效輻射限制所用的技術(shù)。從圖中我們并不能馬上看出交換是如何完成的。如果將驅動(dòng)調整到最佳，并采用零死時(shí)控制，MAX9705 D類(lèi)放大器的效率可以高于90％。獨特的專(zhuān)利型擴頻調制模式抑制了光譜組件，降低了連接線(xiàn)和揚聲器輻射出的EMI。

在立體聲或者多通道操作中，一個(gè)同步輸入將放大器的頻率控制在80 kHz到2 MHz之間，以便能將互調產(chǎn)生的輻射最小化，否則互調產(chǎn)生的輻射就會(huì )由多個(gè)自由運行的輻射源產(chǎn)生。這個(gè)方案結合了兩種獨特技術(shù)：SSM和AEL，使得美信的D類(lèi)放大器可以在FCC第15部分規定的EMI限制范圍之內，在帶有24英寸長(cháng)的未屏蔽揚聲器連接線(xiàn)的情況下運行"filter-less"，如圖4所示。

圖5: 美信的D類(lèi)放大器帶有一個(gè)內部產(chǎn)生的鋸齒，和一個(gè)微分輸入；如果使用一個(gè)單端輸入，就會(huì )從內部產(chǎn)生一個(gè)為微分輸入。(點(diǎn)擊放大圖)

除了EMI，音頻的THD+D在功率為1W時(shí)可低至0.02%，而在功率為2.3瓦時(shí)增至1%，SNR為90dB。輸入可以由一個(gè)帶有+6dB, +12dB, +15.6dB或+20dB的固定增益的微分或者單端源來(lái)供給，并適用于任何應用。另外還有一個(gè)可以將功耗最小化的關(guān)閉模式，以及一個(gè)同步輸入，讓MAX9705可以提供單聲道、立體聲或者多通道高性能音頻，同時(shí)又在帶有外置揚聲器但不需要濾波器的情況下滿(mǎn)足EMI輻射要求。

圖5所示的MAX9511圖形視頻接口給RGB視頻提供了一個(gè)匹配的、三通道的可調EMI濾波器，范圍覆蓋了從VGA到UXGA的分辨率，通道至通道偏移誤差小于0.5ns。另外，它更換了一個(gè)單電阻器，從而實(shí)現了調諧功能。

這使得在最終的EMI/EMC測試中，不需要對機械或者電氣部分作出任何更改，就可以改進(jìn)一個(gè)產(chǎn)品的EMI性能。RGB視頻輸出是低阻抗(Zout小于1Ω)，再結合75Ω的反向終端，可在遠程監控器和塢站之間提供一個(gè)45到50dB的隔離。以前，要驅動(dòng)兩個(gè)不同的輸出，這個(gè)方法需要進(jìn)行一次交換，以避免LC濾波器的輸出上會(huì )附上一個(gè)長(cháng)的未終止端頭。在圖6中，我們可以看到輸出負載是如何被檢測到，并作為一個(gè)DAC終端阻抗上的明顯改變被映射到輸入上的。

圖6: 帶有EMI抑制功能的MAX9511 VGA接口(點(diǎn)擊放大圖)

驅動(dòng)RGB輸入的視頻控制器可以感應到，同時(shí)，如果沒(méi)有負載，可以通過(guò)關(guān)閉管腳來(lái)關(guān)閉視頻和同步輸出。為了支持即插即用式應用，DDC會(huì )一直處于開(kāi)啟狀態(tài)，同時(shí)，驅動(dòng)器可以將低電壓控制器水平轉換到標準的5V的接口水平。同步驅動(dòng)器具有一個(gè)標準的50 Z的輸出阻抗，可以通過(guò)一個(gè)單外置電容器來(lái)配置以過(guò)濾邊緣，如圖7所示，而同步抖動(dòng)(沒(méi)有電容器的情況下)則一般都少于0.5ns。

圖7: 一個(gè)MAX9511驅動(dòng)多個(gè)輸出，帶有由一個(gè)MAX5432 I2C可調節數字電位計控制的可調節過(guò)濾。(點(diǎn)擊放大圖)

視頻性能：增益為+6dB，SNR為50dB，線(xiàn)性誤差為0.036%，過(guò)沖和下沖小于1%，帶有抑制良好的響應。