多種技術破解電磁干擾難題 D類放大器市場前景看好

　　系統(tǒng)需求決定集成程度

　　●便攜式應用促進器件集成度提高

　　●系統(tǒng)設計應兼顧靈活性

　　王新成　　功能整合是降低IC成本、增強產(chǎn)品競爭力的必然做法。目前Δ-Σ方式的D 類放大器集成在藍牙耳機、MP3播放器、音頻編解碼器和USB（通用串行總線）音頻等線寬小于0.25μm的混合型芯片中，輸出功率都不大，以驅(qū)動耳機和線路輸出為主。模擬自振蕩和三角波比較方式的D類放大器多集成在PMU（電源管理單元）、LED（發(fā)光二極管）驅(qū)動、音樂門鈴等線寬 0.5μm～1.2μm的芯片中，輸出功率不超過2.5W.這些產(chǎn)品對0.5W～2W輸出功率的D類放大器市場有沖擊，但對大功率D類放大器市場沒有影響。

　　一些D類放大器內(nèi)置了PWM調(diào)制器和功率MOS（金屬-氧化物-半導體）管，這使得器件的外圍電路較為簡單，在PCB板上所占的面積較小，使用比較方便，其缺點是不易實現(xiàn)個性化設計，輸出功率也不能隨意改變。調(diào)制器和功率MOS管分立的 D類放大器由于應用比較靈活，系統(tǒng)工程師可以發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，通過變通外圍電路和選擇不同的器件，設計出與眾不同的產(chǎn)品。

　　林欣欣　　移動基帶芯片組一直有一個或多個音頻放大器，但這些集成音頻放大器的使用僅局限于那些音頻輸出功率和聲音質(zhì)量并非至關重要的移動設備。由于MP3音樂的流行，聲音質(zhì)量成為移動設備的重要賣點，高輸出功率能力、低失真、無“噼啪 -滴答”噪聲等性能優(yōu)異的獨立式音頻放大器將在中檔音樂手機中維持相當大的市場份額。但對于擁有多個音頻源和多路音頻輸出的較高檔多媒體手機而言，情況則大不相同，因為這些手機需要高質(zhì)量的音頻處理和放大。由于這類便攜設備的空間極為有限，諸如音頻管理子系統(tǒng)的集成解決方案正在贏得更大的市場份額。

　　羅姆專家　　以手機為代表的便攜式產(chǎn)品對于小型、輕量化的要求很高，D類放大器和 LED驅(qū)動器、LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器）等單片化的要求的確存在。但小型、輕量化的方向未必一定要單片化。比如，羅姆的CSP（芯片級封裝）技術可使實裝面積大幅縮小，基板布線也非常方便，另外，由于工作特性影響引起的噪音問題也得以解決。

　　羅姆的D類放大器系列中，PWM調(diào)制器、柵極驅(qū)動、功率輸出三極管、保護電路等必要電路全部集成于一個芯片中。對整機來說，具有進行簡單設計即可實現(xiàn)動作的優(yōu)點。通常認為揚聲器輸出在100W以下時，單片電路可以有效工作，如果揚聲器輸出功率超過100W，從輸出三極管的耐壓和特性方面考慮，需要多個柵極驅(qū)動器和輸出三極管共同構(gòu)成。

　　郭俊杰　　實際應用時，輸出功率較低的放大器必須將輸出級內(nèi)置于芯片之中，以便縮小器件體積。部分輸出功率較高的D類放大器必須加設另一輸出級，以提高電流/電壓輸出，因此這類放大器必須采用分立的MOSFET（金屬-氧化物-半導體場效應晶體管），才可提高電流/電壓輸出。

　　張 揚　　為了節(jié)省電路板空間，一些D類放大器在芯片上內(nèi)置MOSFET，這對便攜式應用非常重要；其缺點是輸出功率被固定，而且會受到允許功耗的限制。更大型的設備，通常采用外部MOSFET，因為這樣可以增加靈活性。

　　彌補電磁干擾“短板”

　　●多種技術緩解電磁干擾

　　●根據(jù)器件需求選擇濾波方式

　　張揚　　所有的D類調(diào)制技術都是將音頻信號編碼至脈沖流。最常見的技術是PWM.PWM技術之所以受到青睞，是因為它在數(shù)百千赫茲的載頻下具有100dB或以上的音頻帶信噪比（SNR）——這么低的噪聲足以限制輸出級的開關損耗。此外，調(diào)制器能實現(xiàn)幾乎100%的調(diào)制穩(wěn)定度，允許高輸出功率。

　　羅姆專家　　D類放大器由高電壓輸出PWM調(diào)制的信號，開關頻率雖只有數(shù)百千赫茲，但其高頻成分可以延伸至數(shù)百兆赫茲。這些噪音會通過電源線、揚聲器線傳播，引起整機產(chǎn)生電磁輻射干擾噪音。

　　羅姆的D類放大器對高電壓的開關輸出電路采用最優(yōu)化控制，強化對輸出信號波形的過沖、下沖及伴隨而來的振鈴波形的抑制，從而實現(xiàn)輻射噪聲的降低。另外，通常情況下D類放大器的開關輸出之后，由PWM調(diào)制的信號需要恢復成模擬信號，需要設置低通濾波器。羅姆的D類放大器，在手機及其他揚聲器線材較短的機器中，上述的低通濾波器可以省略，能夠使外圍元件數(shù)量得以減少。魏智　　美信通過對D類放大器的開關頻率加抖實現(xiàn)擴譜調(diào)制，實際開關頻率相對于標稱開關頻率的變化范圍可達到±10%.盡管開關波形的各個周期會隨機變化，但占空比不受影響，因此輸出波形可以保留音頻信息。擴譜調(diào)制有效拓寬了輸出信號的頻譜能量，而不是使頻譜能量集中在開關頻率及其各次諧波上。換句話說，輸出頻譜的總能量沒有變，只是重新分布在更寬的頻帶內(nèi)。這樣就降低了輸出端的高頻能量峰，因而將揚聲器電纜的EMI輻射降至最低。雖然一些頻譜噪聲可能由擴譜調(diào)制引入音頻帶寬內(nèi)，但這些噪聲可以被反饋環(huán)路的噪聲整形功能抑制掉。美信的很多免濾波器D類放大器還允許開關頻率同步至一個外部時鐘信號，因此用戶可以將放大器開關頻率設置到相對不敏感的頻率范圍內(nèi)。

　　美信的新一代D類音頻功率放大器采用了相同的擴譜調(diào)制技術，并在這項技術的基礎上增加了一項新的、正在申請專利的有源輻射抑制電路（AEL），在不降低音頻性能的情況下進一步降低窄帶頻譜分量。

　　郭俊杰　　美國國家半導體有一系列無需濾波器的D類放大器，以擴展頻譜及增強版電波輻射抑制（E2S）技術為例，利用創(chuàng)新的技術，可將電磁干擾的影響減至最少。設計工程師只要采用已引進這些新技術的D類放大器，便不用擔心電磁波干擾器件的運作。

　　此外，放大器若內(nèi)置擴展頻譜調(diào)制電路，便無需加設輸出濾波器、磁珠或扼流圈。開關頻率會在中心頻率的上下波動，波幅約為±30%.這樣可減少爭用寬帶頻譜，確保揚聲器、相關電纜及電路板走線所產(chǎn)生的電波輻射進一步減少。相對來說，固定開關頻率D類放大器會有較大量的電波輻射，若電磁波的頻率剛好是開關頻率的倍數(shù)，創(chuàng)新的擴展頻譜技術可將電磁波輻射擴散至一個較大的頻帶范圍內(nèi)。開關頻率的周期性波幅不會影響音頻信號的復制及轉(zhuǎn)換效率。

　　E2S技術可以減少電磁干擾，確保復制的音頻信號準確無誤，而且還可進一步提高轉(zhuǎn)換效率。由于E2S技術能夠有效抑制輸出噪聲，因此輸出方波的高頻成分大致上可以全部濾除，而另一方面又可大量減少“THD+N”，并且大幅提高轉(zhuǎn)換效率。由于D類放大器采用E2S技術，可確保“THD+N”低至只有0.03%，轉(zhuǎn)換效率也可高達88%.

　　張洪為　　目前，有一些其他的調(diào)制技術如PFM（脈沖頻率調(diào)制）或類似Δ-Σ調(diào)制類型的非定頻PWM技術在D類放大器中采用，但是PFM的寬范圍變頻給濾波器設計帶來困難，類似Δ-Σ調(diào)制類型的非定頻PWM只能實現(xiàn)1階Δ-Σ環(huán)，好處有限，對時鐘抖動和電源噪聲卻很敏感，使用并不廣泛。

　　由于D類放大器使用的頻率一般在250kHz～500kHz之間，遠低于30MHz，對喇叭的輸出還可以采用雙絞線，EMI的影響遠低于一般想象。因此，我們建議小功率D類功放不加濾波器。

　　王新成　　PWM技術在D類放大器中起著決定性的作用，目前幾乎所用的集成D類放大器都是基于PWM技術的，包括全數(shù)字Δ-Σ過采樣方式的D類放大器，它的核心技術是PCM（脈沖編碼調(diào)制）-PWM的轉(zhuǎn)換算法。PDM（脈沖密度調(diào)制）是另一個很有前途的方法，因為它具有更優(yōu)良的EMI性能和更好的音質(zhì)，但要求載波頻率必須高于2MHz以上，用目前的工藝難以解決開關損耗問題。

　　華潤矽威設計的PT5305、PT5306、PT5326全部采用了無LC（電感-電容）濾波器技術，EMI傳導噪聲比傳統(tǒng)方式低12dB，可以替代AB類放大器。這些器件除效率是AB類放大器的2.3倍之外，還具有比AB類放大器更好的音質(zhì)。

　　林欣欣　　由于D類放大器利用動態(tài)揚聲器的寄生電感和電容作為低通濾波器，市場上的產(chǎn)品大多都是“無濾波器”設計。但是，這沒有免除在放大器輸出上進行EMI濾波的需要。無論D類放大器采用的是何種調(diào)制技術，它始終會在輸出端產(chǎn)生開關信號。這開關信號如果未被濾除，將沿著輸出和接地跡線傳播至系統(tǒng)的其他部分。安森美半導體建議音頻設計須留心EMI濾波和PCB布線設計兩方面的問題。 EMI濾波器應能消除可能與高于700 MHz RF頻率產(chǎn)生干擾的信號。常見的EMI濾波器解決方案是在D類放大器的每路輸出增加鐵氧體片式磁珠，其中磁珠的位置應該越接近放大器的輸出引腳越好。