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D类放大器及EMI抑制 模拟电子技术 免费猫

发布时间:2020-02-17 14:23:30 阅读: 来源:手板厂家

D类放大器及EMI抑制 - 模拟电子技术 - 电子工程网

在日新月异的多媒体时代,便携式电子产品,如智能电话、PDA、MP3、PMP、DSC、DVC、NB等多媒体产品,对声音质量的要求越来越严格。另外,由于此类产品为电池供电,除了要求音质的再突破外,也要求整体效率的提升,以达到高效、低功耗的设计目标。

此类产品的音频模块中,除了输入端的信号源和输出端的喇叭或耳机外,音频放大器是一个非常重要的角色。目前广泛用于便携产品的音频放大器有AB类和D类两种。通常,AB类放大器能够提供好的音质,但效率欠佳,耗电较大;而D类放大器具有高效、低温升效应和高输出功率等特点。

理论分析

AB类放大器的工作原理类似于线性调节器,效率差而且需考虑散热问题;D类放大器的工作原理类似开关调节器,具有较高效率,无散热问题,但电路需要一个采样时钟,该时钟可以内置于芯片内,也可以由外部提供。D类放大器的基本原理如图1所示,内部比较器的同相输入端连接音频信号源,反相输入端连接采样三角波信号。当音频输入的电位高于三角波信号时,比较器输出为高电平;当音频输入的电位低于三角波信号时,比较器输出为低电平。比较器的高、低电平输出驱动后续的MOSFET开关,在MOSFET导通时产生电流推动扬声器。如果在MOSFET后级加上LC滤波电路,则LC滤波器将MOSFET方波还原成与输入类似的模拟音频信号。

图1 D类放大器的基本原理

传统的D类放大器采用固定采样频率,存在较强的EMI,因此限制了D类放大器的使用。随着IC设计技术的不断提升,Maxim扩展频谱技术在D类放大器的应用,可有效抑制EMI,完全满足FCC的EMI限制。图2给出了固定频率模式下D类放大器的输出波形,其输出频谱为基波和对应的高次谐波。有些D类放大器允许改变采样频率,使基波及高次谐波避开敏感频段。

图2 固定频率模式(FFM)

扩展频谱模式下,采样时钟频率在规定的范围内逐周期变化(图3),使输出频谱的分布比较平坦,从而改善了经过喇叭或音频线缆的EMI辐射。采样频率的变化不会破坏音频信号的恢复,也不会降低整体效率。

图3 扩展频谱模式(SSM)

一些D类放大器也可允许接受外部的系统频率同步,来降低或避开敏感的频带。另外,Maxim D类放大器具有主动幅射限制电路(AEL),AEL电路会在输出瞬变时主动控制输出FET的栅极,避免传统D类放大器中因感性负载的续流所引起的高频幅射,进而降低EMI(如图4)。

图4 扩展频谱+AEL

Maxim新推出的MAX9705、MX9773两款D类放大器除了具有普通的固定频率模式(FFM)、扩展频谱模式(SSM)、外部同步模式及SSM+AEL模式,用户可利用其SYNC引脚设定取样频率(表1)。

利用Maxim新推出的D类放大器,加上仿真程序的计算,可计算出各个模式下的EMI特性,图5对各种模式的EMI特性进行了比较,扩展频谱模式+主动幅射限制模式下,提供最佳的EMI抑制。

a) 固定频率模式下D类放大器的输出频谱

b) 扩展频谱模式下D类放大器的输出频谱

c) 扩展频谱+AEL模式下D类放大器的输出频谱

图5 各种模式下D类放大器的输出频谱

结语

在手持式多媒体产品中使用D类放大器除了保持优秀的音质外,还可以有效延长电池的使用时间。对于需要大功率音频驱动的产品,如LCD监视器、LCD电视等,选择D类放大器还可以解决散热问题。在日渐普及的音/视频产品中,还需考虑EMI抑制问题。传统的固定频率模式(FFM)D类 放大器由于存在EMI设计问题,已被新推出的扩展频谱模式(SSM)所替代。而Maxim新推出的从小功率输出到大功率输出的D类 放大器,除了具有固定频率模式(FFM)和扩展频谱模式(SSM)外,、还具有主动幅射限制(AEL)功能,巧妙地利用这些模式可大幅度降低EMI辐射。

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