簡(jiǎn)介
由于在效率上相對于AB類(lèi)放大器的巨大優(yōu)勢，D類(lèi)放大器的應用越來(lái)越廣泛。根據市場(chǎng)調研機構 Gartner的報告，D類(lèi)放大器在2006年至2011年之間的復合年成長(cháng)率將達15.6%，從3.34億美元成長(cháng)至6.88億美元，主要的成長(cháng)動(dòng)力來(lái)自于功耗敏感及空間受限的消費類(lèi)電子產(chǎn)品。但D類(lèi)放大器開(kāi)關(guān)輸出的拓撲結構帶來(lái)了高頻的EMI，如何控制好D類(lèi)放大器的EMI，是系統工程師必須要考慮的方面。
D類(lèi)放大器中EMI的產(chǎn)生
變化的電壓和電流信號會(huì )產(chǎn)生電磁場(chǎng)輻射，形成電磁波干擾（EMI：Electro-Magnetic Interference），這些電磁波信號會(huì )影響收音機、電視和手機等產(chǎn)品的正常工作。為了防止電子設備的EMI問(wèn)題，世界各國都制定了相關(guān)的標準規定，如美國的聯(lián)邦通信委員會(huì )（FCC：Federal Communication Commission）的認證，目的都是限制電子產(chǎn)品的電磁波輻射。
EMI測試是在特定的電波暗室中進(jìn)行的，測量由產(chǎn)品中輻射出來(lái)的電磁波強度，與FCC等規范相比較，不得超過(guò)規定的最大能量。FCC規范中將產(chǎn)品按用途分為 CLASS A 、 CLASS B 兩大類(lèi)， A 類(lèi)為用于商務(wù)或工業(yè)用途的產(chǎn)品， B 類(lèi)為用于家庭用途的產(chǎn)品， FCC 對 B 類(lèi)產(chǎn)品法規要求更嚴格。下表顯示的是FCC 規范的CLASS A和CLASS B標準：
傳統D類(lèi)放大器開(kāi)關(guān)輸出的拓撲結構是一個(gè)很好的EMI發(fā)射源：如調制的開(kāi)關(guān)信號，開(kāi)關(guān)信號的邊沿變化，電源線(xiàn)上變化的電流信號等都會(huì )產(chǎn)生大量的EMI，如下圖所示。
不同的發(fā)射源對應了不同的EMI頻譜，由于D類(lèi)放大器的調制頻率一般在250kHz到1.5MHz之間，因此調制的開(kāi)關(guān)信號和電源線(xiàn)上變化的電流信號帶來(lái)的EMI主要集中在10MHz以下的頻段；而方波的邊沿變化一般是在納秒級別的，因此它們所帶來(lái)的EMI主要集中在幾十MHz到幾GHz的高頻段。
EMI主要通過(guò)PCB的走線(xiàn)、通孔和揚聲器的連線(xiàn)向外輻射，較大能量的EMI輻射需要一個(gè)“高效率”的天線(xiàn)，對不同的頻率，一個(gè)有效的天線(xiàn)長(cháng)度是該頻率波長(cháng)的四分之一（λ/4），小于這個(gè)長(cháng)度，就不能形成有效的對外輻射。對30MHz的頻率，采用一般的FR4的PCB板，天線(xiàn)長(cháng)度需要大于114.1cm才能形成有效的輻射。所以在手機上采用D類(lèi)放大器時(shí)，在放大器輸出的PCB走線(xiàn)和揚聲器連線(xiàn)上的方波邊沿變化是EMI的最重要來(lái)源。特別是手機應用中所關(guān)心的一些頻段，如下表所示：基本都在100MHz以上，因此我們需要特別地關(guān)注由方波邊沿變化所引起的EMI輻射。
對前面傳統D類(lèi)放大器的輸出波形，由傅里葉分析可知，方波納秒級的邊沿變化和高頻的振鈴會(huì )引入非常大的高頻EMI，嚴重影響FM、手機模擬電視等的接收效果，容易出現收聽(tīng)雜音或雪花臺的情況，讓系統工程師頗感頭痛。
合理的PCB布局改善EMI
EMI設計就像“矛”和“盾”的關(guān)系，發(fā)射源是“矛”，發(fā)射源到敏感模塊的防護是“盾”，“矛”鈍“盾”堅，就不會(huì )有EMI的問(wèn)題，如果“矛”很鈍，但“盾”也很脆弱，那還是會(huì )有EMI的問(wèn)題。因此，在使用D類(lèi)放大器的時(shí)候，在PCB的布局上需要仔細考慮。
首先是輸出線(xiàn)，要將放大器到揚聲器的連線(xiàn)盡量縮短，這是最有效地降低EMI的方法；而且輸出布線(xiàn)不要經(jīng)過(guò)或太靠近敏感的信號線(xiàn)和電路。
還有電源、地線(xiàn)的布局也很重要。功放電源上電流波動(dòng)很大，因此電源上的濾波電容要盡量靠近功放芯片放置；同時(shí)合適地進(jìn)行布線(xiàn)以便可以預測電流走向，最好采用星形接法。
對翻蓋手機的布線(xiàn)可能會(huì )遇到一個(gè)問(wèn)題，翻蓋手機的上部和下部通過(guò)柔性電纜連接，電纜中包含電源、地還有LCD顯示的數據線(xiàn)，如果在翻蓋手機的上部裝有揚聲器，那么輸出的音頻信號也需要通過(guò)這根電纜，當音頻信號線(xiàn)靠近顯示數據線(xiàn)時(shí)，就可能會(huì )破壞顯示的數據，因此需要將這兩種信號線(xiàn)分開(kāi)，同時(shí)加上地線(xiàn)隔離。不過(guò)對這種情況最好還是加上磁珠和電容來(lái)抑制高頻的EMI，并盡可能地將磁珠、電容靠近放大器放置。磁珠的選擇也很重要，采用高阻抗、低直流電阻、大額定電流的磁珠可以很好的起到高頻EMI的抑制作用，同時(shí)對放大器的其他性能影響很小。
在進(jìn)行D類(lèi)放大器的PCB布局時(shí)，為了抑制高頻EMI，以下兩點(diǎn)很重要：
1：輸出布線(xiàn)盡量短而寬。
2：磁珠、電容緊靠芯片輸出管腳放置，盡量減短輸出管腳到磁珠的布線(xiàn)長(cháng)度。
同時(shí)，功放的其他外圍器件也盡量緊靠芯片放置，還有電源、地線(xiàn)采用星形接法都對提高D類(lèi)功放的性能有好處。
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