如何应对D类音频应用中的EMI问题

文章摘要：图4：PWM是一种普遍的D类拓朴技术采用开关拓朴的好处很明显，例如：高效率、低功耗和易散热。不过，增加效率并不是没有代价的。为了提升效率，需要采用一个锐利且变换迅速的方波。但由于光谱能量高度集中在方波的边沿，这会导致数字系统中的问题再现。同时，可能会出现一些过激，使波形在短时间超越最高和最低的电压。过激使在输出光谱产生出额外的高频量，并对EMI和音频性能造成不良影响。 对抗EMI 要消除EMI，需要在电路设计时整合电气工程师、电路板布局工程师和制造工程师的力量，合力研发出一个最佳的PCB设计。要处理好EMI的问题，通常应在PCB设计时注意： 1. 在会出现电压波动的电源和接地间放置去耦电容器。

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图4：PWM是一种普遍的D类拓朴技术

采用开关拓朴的好处很明显，例如：高效率、低功耗和易散热。不过，增加效率并不是没有代价的。为了提升效率，需要采用一个锐利且变换迅速的方波。但由于光谱能量高度集中在方波的边沿，这会导致数字系统中的问题再现。同时，可能会出现一些过激，使波形在短时间超越最高和最低的电压。过激使在输出光谱产生出额外的高频量，并对EMI和音频性能造成不良影响。

对抗EMI

要消除EMI，需要在电路设计时整合电气工程师、电路板布局工程师和制造工程师的力量，合力研发出一个最佳的PCB设计。要处理好EMI的问题，通常应在PCB设计时注意：

1. 在会出现电压波动的电源和接地间放置去耦电容器。如果随便放置电容器会恶化EMI问题；

2. 电源层应与电路板的边沿保持一定距离；

3. 避免在接地或电源层内切断走线，否则可能会造成非意愿针孔；

4. 对所有的高频时钟线路提供足够的端接；

5. 为电路板连接器提供适当滤波；

6. 良好的PCB设计可避免出现环路天线。环路天线可以使正向和反向的电流都在定义好的路径上传导。

另外，还可以通过抑制天线的电流来制止辐射。

对于音频设计人员来说，必须考虑下列两点：

1. 把由音频放大器到扬声器的走线长度缩到最短。因为一旦走线达到波长的四分之一，就会出现明显的辐射，走线或电线便会变成天线。

2. 对于无滤波器的D类系统，连接着放大器输出和扬声器的走线或电缆将会是RF放射的最大来源。

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图5：在放大器附近放置铁氧体磁珠是有效抑制EMI的方法

在放大器附近放置铁氧体磁珠并与扬声器串列，可以是很有效的抑制EMI的方法。为了进一步理解铁氧体磁珠的抑制方法，我们将铁氧体磁珠分成频变电阻和电感元件，如图5所示。要抑制EMI，铁氧体磁珠需要作为电阻器，但因为Rdc=0，该处没有直流电压降。对于频率低于1 MHz的应用，采用这种方法很有效。此外，如图所示，还需要考虑二元分压器。Z1和Z2都是频率相关的，为了达到所需的低通滤波器功能，以下的关系必须成立：在要求的频率下Z2>>Z1，在噪声频率下Z1>>Z2。

铁氧体通常会用来作为串联元素，电容便作为分流元素。 这里的电容可以是物理电容，也可以是集中电容。传递函数表示Z1和Z2将会分别随着频率(1/jωC)增加和减少。而系统将会有某程度的阻尼明显地消减共振效应。



图5：在放大器附近放置铁氧体磁珠是有效抑制EMI的方法

从图中可见，在处理D类固有的周期性方波时，最基本的难题是谐振间隔时出现的集中能量。为了设计一个“安静”的低EMI D类放大器，一个方法是将频率来回抖动，或扩展开关的频谱，降低频谱内所有点上的能量。与传统的D类放大器相比，扩频调制方案有几个重要的优点：除了可保持高效效率和低THD+N外，更重要的是大幅削减了辐射噪声和EMI，如图6中所示。

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