手機D類放大器怎么設計降低EMI

由于在效率上相對于AB類放大器的巨大優勢，D類放大器的應用越來越廣泛。根據市場調研機構 Gartner的報告，D類放大器在2006年至2011年之間的復合年成長率將達15.6%，從3.34億美元成長至6.88億美元，主要的成長動力來自于功耗敏感及空間受限的消費類電子產品。但D類放大器開關輸出的拓撲結構帶來了高頻的EMI，如何控制好D類放大器的EMI，是系統工程師必須要考慮的方面。

D類放大器中EMI的產生

變化的電壓和電流信號會產生電磁場輻射，形成電磁波干擾（EMI：Electro-Magnetic Interference），這些電磁波信號會影響收音機、電視和手機等產品的正常工作。為了防止電子設備的EMI問題，世界各國都制定了相關的標準規定，如美國的聯邦通信委員會（FCC：Federal Communication Commission）的認證，目的都是限制電子產品的電磁波輻射。

EMI測試是在特定的電波暗室中進行的，測量由產品中輻射出來的電磁波強度，與FCC等規范相比較，不得超過規定的最大能量。FCC規范中將產品按用途分為 CLASS A 、 CLASS B 兩大類， A 類為用于商務或工業用途的產品， B 類為用于家庭用途的產品， FCC 對 B 類產品法規要求更嚴格。

圖1：FCC 規范的CLASS A和CLASS B標準

傳統D類放大器開關輸出的拓撲結構是一個很好的EMI發射源：如調制的開關信號，開關信號的邊沿變化，電源線上變化的電流信號等都會產生大量的EMI，如下圖所示。

圖2：D類放大器開關輸出的拓撲結構

不同的發射源對應了不同的EMI頻譜，由于D類放大器的調制頻率一般在250kHz到1.5MHz之間，因此調制的開關信號和電源線上變化的電流信號帶來的EMI主要集中在10MHz以下的頻段；而方波的邊沿變化一般是在納秒級別的，因此它們所帶來的EMI主要集中在幾十MHz到幾GHz的高頻段。EMI主要通過PCB的走線、通孔和揚聲器的連線向外輻射，較大能量的EMI輻射需要一個“高效率”的天線，對不同的頻率，一個有效的天線長度是該頻率波長的四分之一（λ/4），小于這個長度，就不能形成有效的對外輻射。對30MHz的頻率，采用一般的FR4的PCB板，天線長度需要大于114.1cm才能形成有效的輻射。所以在手機上采用D類放大器時，在放大器輸出的PCB走線和揚聲器連線上的方波邊沿變化是EMI的最重要來源。特別是手機應用中所關心的一些頻段，如下表所示：基本都在100MHz以上，因此我們需要特別地關注由方波邊沿變化所引起的EMI輻射。

圖3：手機應用中的一些頻段

對前面傳統D類放大器的輸出波形，由傅里葉分析可知，方波納秒級的邊沿變化和高頻的振鈴會引入非常大的高頻EMI，嚴重影響FM、手機模擬電視等的接收效果，容易出現收聽雜音或雪花臺的情況，讓系統工程師頗感頭痛。