基于便攜式設(shè)備可降低電磁干擾(EMl)新技術(shù)的應(yīng)用

問(wèn)題的提出與方案的呈現(xiàn)

1.1 首先應(yīng)對(duì)便攜式設(shè)備內(nèi)部和外部產(chǎn)生的EMI(電磁干擾)與影響作分析。

眾所周知，當(dāng)電信號(hào)處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生EMI，一旦電信號(hào)狀態(tài)發(fā)生變化，電流流動(dòng)要產(chǎn)生電磁場(chǎng)。所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)可通過(guò)不同途徑與其它電磁信號(hào)相互作用。這些產(chǎn)生EMI叫互作用可能發(fā)生在設(shè)備內(nèi)部或外部。其電磁干擾信號(hào)傳輸途徑圖見(jiàn)圖1(a)(b)所示。

外部EMI能夠擾亂許多設(shè)備的運(yùn)行，其中包括音頻設(shè)備、電視接收機(jī)、內(nèi)置醫(yī)療設(shè)備和無(wú)線控制系統(tǒng)。由于這些EMI（電磁干擾）可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，如今國(guó)際上規(guī)定了相類似的適用于全世界的要求。如果不能按照這些要求去阻止超過(guò)EMI限值的產(chǎn)品銷售，就可能會(huì)損壞其它產(chǎn)品。

內(nèi)部EMI會(huì)產(chǎn)生更加錯(cuò)綜復(fù)雜的后果，可能造成設(shè)備內(nèi)部其它信號(hào)無(wú)法預(yù)測(cè)的特性改變。這種EMI會(huì)導(dǎo)致難以診斷和修復(fù)的間歇發(fā)生的可靠性問(wèn)題。如果設(shè)備包含可能被EMI嚴(yán)重破壞的無(wú)線整機(jī)電路，內(nèi)部EMI將是一個(gè)更加嚴(yán)重的問(wèn)題。

1.2 解決方案的呈現(xiàn)

由上所知，對(duì)于如蜂窩電話和筆記本電腦等低功耗便攜式設(shè)備來(lái)說(shuō)，降低電磁于擾(EMl)與EMC特性及延長(zhǎng)電池壽命、減少電路板空間等問(wèn)題往往至關(guān)重要；而對(duì)于大功率設(shè)備(如車載音響系統(tǒng)或平板顯示器)來(lái)說(shuō)，則要求最大限度降低散熱需求和發(fā)熱量。在上述二大問(wèn)題中很重要的是與降低電磁于擾(EMl)密切相關(guān)，究其原因：

其一、由于便攜式設(shè)備中開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器能極大地節(jié)省空間并具有極低的功耗，則此穩(wěn)壓器正逐步取代線性穩(wěn)壓器，而進(jìn)入各種新型應(yīng)用中。但開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器有一個(gè)缺點(diǎn)，其內(nèi)部開(kāi)關(guān)電流可能產(chǎn)生EMI。EMI的峰值能量集中在開(kāi)關(guān)頻率上，降低EMI的傳統(tǒng)方法是謹(jǐn)慎處理接地、屏蔽和濾波，以控制和抑制穩(wěn)壓器內(nèi)部開(kāi)關(guān)電流所產(chǎn)生的輻射為主。此外，降低開(kāi)關(guān)電流的幅度和改變頻率也能降低EMI。但確切地說(shuō)，多相同步和擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制(SSEM)及反饋網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是降低EMI的兩種強(qiáng)有力的工具。

其二、在日新月異的多媒體時(shí)代新潮中關(guān)鍵的部件--現(xiàn)代D類放大器己成為便攜式和大功率應(yīng)用的理想選擇。從而要求現(xiàn)代D類放大器應(yīng)具有獨(dú)特的高效特性。為此當(dāng)今許多現(xiàn)代D類放大器采用先進(jìn)的擴(kuò)譜調(diào)制技術(shù)，可以降低電磁于擾 (EMl)并免去外部濾波器。而省掉外部濾波器器不僅降低了電路板空間要求，同時(shí)大幅降低了很多便攜式/緊湊型應(yīng)用的成本。

由此推出抑制和降低EMI新技術(shù)的應(yīng)用。對(duì)抑制和降低EMI的技術(shù)可有二種，其一是通過(guò)接地、屏蔽和濾波的方法，但對(duì)于高速與頻率高的電子系統(tǒng)或便攜式設(shè)備而言，就顯得很傳統(tǒng)了.其二就是改變NRZ測(cè)試碼型功率譜的頻率或者幅度與頻譜擴(kuò)散新技術(shù)。值此作重點(diǎn)介紹：利用反饋網(wǎng)絡(luò)與頻率擴(kuò)展技術(shù)以改善設(shè)備的EMI是便攜設(shè)備中的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器與現(xiàn)代D類放大器中很有效的方案。

值此本文僅對(duì)其反饋技術(shù)、擴(kuò)譜調(diào)制技術(shù)在現(xiàn)代D類放大器中降低電磁于擾(EMl)的應(yīng)用及其新一代無(wú)濾波器D類放大器作分析說(shuō)明。既然這是一個(gè)新技術(shù)趨勢(shì)，故本文從系統(tǒng)性的角度出發(fā)，首先介紹基于PWM方式的傳統(tǒng)D類放大器存在的問(wèn)題。傳統(tǒng)D類放大器存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)D類放大器的一個(gè)主要缺點(diǎn)就是它需要外部LC濾波器。這不僅增加了方案總成本和電路板空間，也可能因?yàn)V波元件的非線性而引入額外失真。很多D類放大器還會(huì)使用全橋輸出級(jí)。全橋電路使用兩個(gè)半橋輸出級(jí)，并以差分方式驅(qū)動(dòng)負(fù)載。這種負(fù)載連接方式通常稱為橋接負(fù)載(BTL)。全橋結(jié)構(gòu)是通過(guò)轉(zhuǎn)換負(fù)載的導(dǎo)通路徑來(lái)工作的。因此負(fù)載電流可以雙向流動(dòng)，無(wú)需負(fù)電源或隔直電容。傳統(tǒng)的、基于PWM的BTL型D類放大器各輸出波形。各輸出波形彼此互補(bǔ)，從而在負(fù)載兩端產(chǎn)生一個(gè)差分PWM信號(hào)。與半橋式拓?fù)漕愃?，輸出端需要一個(gè)外部LC濾波器，用于提取低頻音頻信號(hào)并防止在負(fù)載上耗散高頻能量。

與所有傳統(tǒng)D類放大器一樣，基于PWM方式的典型D類放大器需要外部濾波元件，會(huì)產(chǎn)生EMI/EMC兼容性問(wèn)題，并且THD+N性能較差，因此與線性放大器相比，它的高效優(yōu)勢(shì)大為失色。然而，現(xiàn)代D類放大器采用先進(jìn)的調(diào)制和反饋技術(shù)，可很好地緩解上述問(wèn)題。

利用反饋網(wǎng)絡(luò)改善性能

許多D類放大器采用PWM輸出至器件輸入的負(fù)反饋環(huán)路。閉環(huán)方案不僅可以改善器件的線性，而且使器件具備電源抑制能力。開(kāi)環(huán)放大器卻正相反，它的電源抑制能力微乎其微。在閉環(huán)拓?fù)渲?，因?yàn)闀?huì)檢測(cè)輸出波形并將其反饋至放大器的輸入端，所以能夠在輸出端檢測(cè)到電源的偏離情況，并通過(guò)控制環(huán)路對(duì)輸出進(jìn)行校正。閉環(huán)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)是以可能出現(xiàn)的穩(wěn)定性問(wèn)題為代價(jià)的，這也是所有反饋系統(tǒng)共同面臨的問(wèn)題。因此必須精心設(shè)計(jì)控制環(huán)路并進(jìn)行補(bǔ)償，確保在任何工作條件下都能保持穩(wěn)定。