国产日韩精品欧美一区-国产日韩高清一区二区三区-国产日韩不卡免费精品视频-国产日产欧美精品一区二区三区-午夜国产精品免费观看-午夜国产精品理论片久久影院

設(shè)為主頁  加入收藏
 
·I2S數(shù)字功放IC/內(nèi)置DSP音頻算法功放芯片  ·馬達驅(qū)動IC  ·2.1聲道單芯片D類功放IC  ·內(nèi)置DC/DC升壓模塊的D類功放IC  ·鋰電充電管理IC/快充IC  ·無線遙控方案  ·直流無刷電機驅(qū)動芯片
當(dāng)前位置:首頁->技術(shù)分享
便攜式設(shè)備中采用反饋技術(shù)、擴譜調(diào)制技術(shù)的新一代無濾波器D類放大器降低電磁干擾(EMl)應(yīng)用說明
文章來源: 更新時間:2010/12/23 0:42:00
在線咨詢:
給我發(fā)消息
李湘寧 2850985550
給我發(fā)消息
張代明 3003290139
給我發(fā)消息
鄢先輝 2850985542
13713728695
 

摘要:本文僅對便攜式設(shè)備中現(xiàn)代D類放大器應(yīng)用反饋技術(shù)、擴譜調(diào)制技術(shù)以降低電磁干擾(EMI)方案及其新一代無濾波器D類放大器作分析說明。并在文章開始對對便攜式設(shè)備內(nèi)部和外部產(chǎn)生的EMI(電磁干擾)與影響作了說明。

  關(guān)鍵詞電磁于擾  便攜式設(shè)備  擴譜調(diào)制   反饋網(wǎng)絡(luò)

  Abstract:This portable device is only a modern Class D amplifiers use feedback techniques, spread spectrum modulation technique to reduce electromagnetic interference (EMI) program and its new generation of filterless Class D amplifiers for analysis description. and in the article began to portable devices produced by the internal and external EMI  and the effect is described.

  Keywords:electromagnetic interference (EMI)    portable device  Spread-spectrum modulation       feedback network

  1  問題的提出與方案的呈現(xiàn)

  1.1  首先應(yīng)對便攜式設(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)電信號處于開關(guān)狀態(tài)時,會產(chǎn)生EMI,一旦電信號狀態(tài)發(fā)生變化,電流流動要產(chǎn)生電磁場。所產(chǎn)生的電磁場可通過不同途徑與其它電磁信號相互作用。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。其電磁干擾信號傳輸途徑圖見圖1(a)(b)所示。
 


  * 外部EMI能夠擾亂許多設(shè)備的運行,其中包括音頻設(shè)備、電視接收機、內(nèi)置醫(yī)療設(shè)備和無線控制系統(tǒng)。由于這些EMI可能產(chǎn)生嚴重的后果,如今國際上規(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EMI限值的產(chǎn)品銷售,就可能會損壞其它產(chǎn)品。

  * 內(nèi)部EMI會產(chǎn)生更加錯綜復(fù)雜的后果,可能造成設(shè)備內(nèi)部其它信號無法預(yù)測的特性改變。這種EMI會導(dǎo)致難以診斷和修復(fù)的間歇發(fā)生的可靠性問題。如果設(shè)備包含可能被EMI嚴重破壞的無線整機電路,內(nèi)部EMI將是一個更加嚴重的問題。

  1.2  解決方案的呈現(xiàn)

  由上所知,對于如蜂窩電話和筆記本電腦等低功耗便攜式設(shè)備來說,降低電磁于擾(EMl)與EMC特性及延長電池壽命、減少電路板空間等問題往往至關(guān)重要;而對于大功率設(shè)備(如車載音響系統(tǒng)或平板顯示器)來說,則要求最大限度降低散熱需求和發(fā)熱量。在上述二大問題中很重要的是與降低電磁于擾(EMl)密切相關(guān),這是為什么吶?
 
  其一、由于便攜式設(shè)備中開關(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,而進入各種新型應(yīng)用中。但開關(guān)穩(wěn)壓器有一個缺點,其內(nèi)部開關(guān)電流可能產(chǎn)生EMI。EMI的峰值能量集中在開關(guān)頻率上,降低EMI的傳統(tǒng)方法是謹慎處理接地、屏蔽和濾波,以控制和抑制穩(wěn)壓器內(nèi)部開關(guān)電流所產(chǎn)生的輻射為主。此外,降低開關(guān)電流的幅度和改變頻率也能降低EMI。但確切地說,多相同步和擴展頻譜頻率調(diào)制(SSEM)及反饋網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是降低EMI的兩種強有力的工具。

  其二、在日新月異的多媒體時代新潮中關(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類放大器采用先進的擴譜調(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。對抑制和降低EMI的技術(shù)可有二種,其一是通過接地、屏蔽和濾波的方法,但對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測試碼型功率譜的頻率或者幅度與頻譜擴散新技術(shù)。值此作重點介紹:利用反饋網(wǎng)絡(luò)與頻率擴展技術(shù)以改善設(shè)備的EMI是便攜設(shè)備中的開關(guān)穩(wěn)壓器與現(xiàn)代D類放大器中很有效的方案。

  值此本文僅對其反饋技術(shù)、擴譜調(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)用及其新一代無濾波器D類放大器作分析說明。既然這是一個新技術(shù)趨勢,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類放大器存在的問題。

2  傳統(tǒng)D類放大器存在的問題

  * 傳統(tǒng)D類放大器的一個主要缺點就是它需要外部LC濾波器。這不僅增加了方案總成本和電路板空間,也可能因濾波元件的非線性而引入額外失真。很多D類放大器還會使用全橋輸出級。全橋電路使用兩個半橋輸出級,并以差分方式驅(qū)動負載。這種負載連接方式通常稱為橋接負載(BTL)。全橋結(jié)構(gòu)是通過轉(zhuǎn)換負載的導(dǎo)通路徑來工作的。因此負載電流可以雙向流動,無需負電源或隔直電容。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,從而在負載兩端產(chǎn)生一個差分PWM信號。與半橋式拓撲類似,輸出端需要一個外部LC濾波器,用于提取低頻音頻信號并防止在負載上耗散高頻能量。

  * 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,會產(chǎn)生EMI/EMC兼容性問題,并且THD+N性能較差,因此與線性放大器相比,它的高效優(yōu)勢大為失色。然而,現(xiàn)代D類放大器采用先進的調(diào)制和反饋技術(shù),可很好地緩解上述問題。

  3  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)拓撲中,因為會檢測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到電源的偏離情況,并通過控制環(huán)路對輸出進行校正。閉環(huán)設(shè)計的優(yōu)勢是以可能出現(xiàn)的穩(wěn)定性問題為代價的,這也是所有反饋系統(tǒng)共同面臨的問題。因此必須精心設(shè)計控制環(huán)路并進行補償,確保在任何工作條件下都能保持穩(wěn)定。

  典型的D類放大器采用具有噪聲整形功能的反饋環(huán)路,可極大地降低由脈寬調(diào)制器、輸出級以及電源電壓偏離的非線性所引入的帶內(nèi)噪聲。這種拓撲與用在∑-△調(diào)制器中的噪聲整形類似。為闡明噪聲整形功能,圖1給出了為現(xiàn)代D類放大反饋補償回路以傳遞函數(shù)形式表達的示意圖,即一個1階噪聲整形器的簡化框圖.反饋網(wǎng)絡(luò)通常包含一個電阻分壓網(wǎng)絡(luò),但為簡便起見,圖1的反饋比例為1.由于理想積分器的增益與頻率成反比,圖中積分器的傳遞函數(shù)也被簡化為1/s.同時假定PWM模塊具有單位增益,并且在控制環(huán)路中具有零相位偏移。使用基本的控制模塊分析方法,可得到以下輸出表達式:
   


  由等式1可知,噪聲項En(s)與一個高通濾波器函數(shù)(噪聲傳遞函數(shù))相乘,而輸入項VIN(s)與一個低通濾波器函數(shù)(信號傳遞函數(shù))相乘。噪聲傳遞函數(shù)的高通濾波器對D類放大器的噪聲進行整形。如果輸出濾波器的截止頻率選取得當(dāng),大部分噪聲會被推至帶外(見圖2右上角坐標糸統(tǒng))。
 

圖2   現(xiàn)代D類放大器反饋補償回路方框以傳遞函數(shù)形式表達的示意圖


  上述例子使用的是1階噪聲整形器,而多數(shù)現(xiàn)代D類放大器采用高階噪聲整形拓撲,以便進一步優(yōu)化線性度和電源抑制特性。

  4  新型無濾波器D類放大器的導(dǎo)出

  傳統(tǒng)D類放大器的一個主要缺點就是它需要外部LC濾波器。這不僅增加了方案總成本和電路板空間,也可能因濾波元件的非線性而引入額外失真。幸好,很多現(xiàn)代D類放大器采用了先進的“免濾波器”調(diào)制方案,從而省掉或至少是最大限度降低了外部濾波器要求。圖3給出免濾波器調(diào)制器拓撲的簡化功能框圖。
 

圖3  免濾波器調(diào)制器拓撲的簡化功能框圖


  與傳統(tǒng)的PWM型BTL放大器不同,每個半橋都有自己專用的比較器,從而可獨立控制每個輸出。調(diào)制器由差分音頻信號和高頻鋸齒波驅(qū)動。當(dāng)兩個比較器輸出均為低電平時,D類放大器的每個輸出均為高。與此同時,或非門的輸出變?yōu)楦唠娖剑珪驗镽ON和CON組成的RC電路而產(chǎn)生一定延時。一旦或非門延時輸出超過特定門限,開關(guān)SWl和SW2隨即閉合。這將使OUT+和OUT-變?yōu)榈停⒈3值较聜采樣周期的開始。這種設(shè)計使得兩個輸出同時開通一段最短時間t0N(MIN),這個時間由RON和CON的值決定。如圖4所示,輸人為零時,兩個輸出同相并具有t0N(MIN)的脈沖寬度。

圖4  免濾波器調(diào)制器拓撲的輸入與輸出波形示意圖


  隨著音頻輸入信號的增加或減小,其中一個比較器會在另一個之前先翻轉(zhuǎn)。這種工作特性外加最短時間導(dǎo)通電路的作用,將促使一個輸出改變其脈沖寬度,另一個輸出的脈沖寬度保持為t0N(MIN),見圖4所示。這意味著每個輸出的平均值都包含輸出音頻信號的半波整流結(jié)果。對兩路輸出的平均值進行差值運算,便可得到完整的輸出音頻波形。

  由于MAX9700的輸出端在空閑時為同相信號,所以負載兩端沒有差分電壓,從而最大限度降低了靜態(tài)功耗,并且無需外部濾波器。免濾波器D類放大器從輸出中提取音頻信號時并不依靠外部LC濾波器,而是依靠揚聲器負載固有的電感以及人耳的聽覺特性來恢復(fù)音頻信號。揚聲器電阻(RE)和電感(LE)形成一個1階低通濾波器,其截止頻率為:
 


  對大多數(shù)揚聲器而言,這個l階低通濾波器足以恢復(fù)音頻信號,并可防止在揚聲器電阻上耗散過多高頻開關(guān)能量。即使依然存在殘余開關(guān)能量使揚聲器組件產(chǎn)生運動,這些頻率也無法被入耳聽到或影響聽覺感受。使用免濾波器D類放大器時,為獲得最大輸出功率,揚聲器負載應(yīng)保證在放大器開關(guān)頻率下仍為感性負載。

  5  利用D類放大器延長電池使用壽命

  高效D類音頻功率放大器使電池使用壽命延長為傳統(tǒng)線性放大器的兩倍,從而使音樂播放時間更長。DC音量控制等特性不僅降低了系統(tǒng)成本,實現(xiàn)了板級空間的最小化,同時其低噪聲底限能擴大動態(tài)范圍,并優(yōu)化音頻質(zhì)量。D類音頻放大器可為你的便攜式揚聲器系統(tǒng)提供靈活的低成本設(shè)計解決方案,見圖5示意圖。圖5中D類放大器可采用TPA2008D2型2×3W D類放大器。
 

圖5  利用D類放大器延長電池使用壽命示意圖


  該解決方案應(yīng)用范圍為:音頻基座、迷你揚聲器與輕便型收錄機。其特性為:8Ω揚聲器提供的88%的 D類放大效率;集成DC音量控制范田為-38dB至20dB,而步長為2dB;低噪聲,電源紋波抑制比(PSRR)為70dB;TPA2008D2型為24引腳HTSSOP封裝。

  6  擴譜調(diào)制的應(yīng)用是降低EMI有效技術(shù)

  有必要先介紹何謂擴譜調(diào)制技術(shù)。通過展寬信號頻譜來減少EMI的需求,根據(jù)這個基本概念加以拓展的主要優(yōu)化技術(shù)被稱為優(yōu)化擴譜調(diào)制或稱頻譜擴散(OSD)。它極大地減少了EMI,而沒有受頻譜展寬時鐘(SSC)抖動問題的困擾。

  應(yīng)該說,免濾波器工作方式的一個缺點就是可能通過揚聲器電纜輻射EMI。由于D類放大器的輸出波形為高頻方波,并具有陡峭的過渡邊沿,因此輸出頻譜會在開關(guān)頻率及開關(guān)頻率倍頻處包含大量頻譜能量。在緊靠器件的位置沒有安裝外部輸出濾波器的話,這些高頻能量就會通過揚聲器電纜輻射出去。免濾波器D類放大器采用“擴譜調(diào)制“方案,可幫助緩解可能的EMI問題。

  擴展頻譜模式下,采樣時鐘頻率在規(guī)定的范圍內(nèi)逐周期變化,使輸出頻譜的分布比較平坦,從而改善了經(jīng)過喇叭或音頻線纜的EMI輻射,見圖6所示。采樣頻率的變化不會破壞音頻信號的恢復(fù),也不會降低整體效率。
    

圖6  擴展頻譜模式下改善了經(jīng)過喇叭或音頻線纜的EMI輻射


  一些D類放大器也可允許接受外部的系統(tǒng)頻率同步,來降低或避開敏感的頻帶。另外,現(xiàn)代D類放大器具有主動幅射限制電路(AEL),AEL電路會在輸出瞬變時主動控制輸出FET的柵極,避免傳統(tǒng)D類放大器中因感性負載的續(xù)流所引起的高頻幅射,進而降低EMI。

  例如 MAX9705、MX9773兩款現(xiàn)代D類放大器除了具有普通的固定頻率模式(FFM)、擴展頻譜模式(SSM)、外部同步模式及SSM+AEL模式,用戶可利用其SYNC引腳設(shè)定取樣頻率。現(xiàn)代D類放大器,加上仿真程序的計算,可計算出各個模式下的EMI特性.擴展頻譜模式+主動幅射限制模式下,提供最佳的EMI抑制。

通過抖動或隨機化D類放大器的開關(guān)頻率實現(xiàn)擴譜調(diào)制。實際開關(guān)頻率相對于標稱開關(guān)頻率的變化范圍可達到土10%。盡管開關(guān)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。圖7顯示以MAX9700為例的擴譜調(diào)制的效果,是在OUT+或OUT-與地之間寬帶(為10KHz)的輸出頻譜測量效果,即擴譜調(diào)制將MAX9700的頻譜能量分布在更寬的頻帶內(nèi)。
               

圖7  以MAX9700為例的擴譜調(diào)制的效果,擴譜調(diào)制將MAX9700的頻譜能量分布在更寬的頻帶內(nèi)。


  擴譜調(diào)制有效展寬了輸出信號的頻譜能量,而不是使頻譜能量集中在開關(guān)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,因而將揚聲器電纜輻射EMI的機會降至最少。雖然一些頻譜噪聲可能由擴譜調(diào)制引入音頻帶寬內(nèi),這些噪聲可以被反饋環(huán)路的噪聲整形功能抑制掉。

  很多現(xiàn)代免濾波器D類放大器還允許開關(guān)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(guān)頻率設(shè)置到相對不敏感的頻率范圍內(nèi)。

  盡管擴譜調(diào)制極大地改善了免濾波器D類放大器的EMI性能,為了滿足FCC或CE輻射標準,實際上還是需要對揚聲器電纜長度加以限制。如果設(shè)備因揚聲器電纜過長而沒能通過輻射測試,則需要一個外部輸出濾波器來衰減輸出波形的高頻分量。對于許多具有適度揚聲器電纜長度的應(yīng)用來說,在輸出端安裝磁珠/濾波電容即可滿足要求,見圖8(a)所示。
 

圖8(a)  輸出端安裝磁珠/濾波電容示意圖


  而圖8(b)為省掉價格昂貴的電感而用磁珠/濾波電容使EMI受限的特性曲線。

圖8(b)  省掉價格昂貴的電感而用磁珠/濾波電容使EMI受限的特性曲線

   我司長期專注于D類功放IC推廣和銷售,詳細的產(chǎn)品資料請查閱:http://www.wujiu5zhuce.cn/tech.htm

 
 
 
    相關(guān)產(chǎn)品  
ACM8815(500W大功率單聲道D類功放IC、國內(nèi)首款支持氮化鎵GaN音頻驅(qū)動器)
ACM6755(4.5V-28V工作電壓、4.8A相電流、支持3霍爾應(yīng)用的三相BLDC無刷直流電機驅(qū)動芯片)
ACM6754(24V/4.8A三相BLDC直流無刷電機驅(qū)動芯片)
ACM8629(內(nèi)置DSP、50W立體聲/100W單聲道I2S數(shù)字輸入D類音頻功放IC)
IU8689(145W單聲道/75W立體聲D類音頻功放IC)
ACM6753(18V/3A三相無感BLDC直流無刷電機驅(qū)動IC)
CS8685(2x80W雙聲道大功率D類音頻功放IC)
HT81293(單節(jié)雙節(jié)鋰電供電內(nèi)置自適應(yīng)動態(tài)升壓20W單聲道D類功放IC)
CS8683(130W單聲道D類功放IC)
HT328(30W立體聲/60W單聲道D類功放IC)
 
 
·藍牙音箱的音頻功放/升壓/充電管
·單節(jié)鋰電內(nèi)置升壓音頻功放IC選型
·HT7179 12V升24V內(nèi)置
·5V USB輸入、三節(jié)鋰電升壓型
·網(wǎng)絡(luò)主播聲卡專用耳機放大IC-H
 
M12269 HT366 ACM8629 HT338 

業(yè)務(wù)洽談:手機:13713728695(微信同號)   QQ:3003207580  EMAIL:panbo@szczkjgs.com   聯(lián)系人:潘波

地址:深圳市寶安西鄉(xiāng)航城大道航城創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)園A5棟307/309

版權(quán)所有:深圳市永阜康科技有限公司  備案號:粵ICP備17113496號