如何降低D类音频应用中的电磁干扰

,如何降低D类音频应用中的电磁干扰,一.D类音频放大器的背景,在半导体设计潮流走向轻薄短小之际，不仅半导体组件本身的封装要小，整个模块的尺寸也变成决定系统客户接受与否的关键规格，D类音频放大器就是在这样的背景下兴起的。D类数字音频功率放大器是一种将输入模拟音频信号变换成PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号，然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器，也称为开关放大器。,二.D类放大器与A、B、AB类放大器的比较,相对于A类、B类、AB类放大器，D类放大器的优点在于：（1）高效率：A类音频放大的理论效率只有25%，实际效率大约为15-20%。B类理论效率大约为75%，AB类理论效率大约为75%，实际效率在50-70%之间，D类理论效率为100%，实际效率不低于85%。功率输出越低，D类的高效率优势就越明显；（2）小体积：D类音频放大电路简单，体积相对比较小，同时大部分情况下不需要散热片或者需要很少面积的散热片，大大减小整体体积；（3）无裂通噪音；（4）低失真；（5）相对低成本。,三.D类放大器的系统架构,D类放大器由积分移相、PWM调制模块、G栅级驱动、开关MOSFET电路、Logic辅助、输出滤波、负反馈、保护电路等部分组成。流程上首先将模拟输入信号调制成PWM方波信号，经过调制的PWM信号通过驱动电路驱动功率输出级，然后通过低通滤波滤除高频载波信号，原始信号被恢复，驱动扬声器发声。,3.1PWM调制PWM调制是D类音频功放的核心之一，从原理上讲，PWM是将输入音频信号与以固定载波频率工作的三角波或斜波进行比较。比较器同相输入端接音频信号源，反向端接功放内部时钟产生的三角波信号。在音频输入端信号电平高于三角波信号时，比较器输出高电平VH，反之，输出低电平VL，并将输入正弦波信号转换为宽度随正弦波幅度变化的PWM波。,3.2展频技术当主板上的时钟发生器工作时，脉冲的峰值会产生电磁干扰（EMI），展频技术可以降低脉冲发生器所产生的电磁干扰。展频最基本的想法是稍微地调变时脉讯号的频率，造成时脉讯号的能量，分散到一个可以控制的小范围内。在经过展频之后，频谱上每一个谐波的峰值能量将会消失，利用展频可以提供一个比较低的EMI讯号。,中心展频,向上展频,在某些系统中时脉或是讯号的频率比Fnom还要高，而通常操作频率超过Fnom叫做over-clocking，所以，向上展频的调变的模式很少被使用。,向下展频,四.D类放大器EMI设计,4.1Audio产品EMI设计总规则1、Audio产品的走线A、Audio产品上的时钟线避免跨切割，同时不能走在板边缘（50mils内）和切割线附近，避免走在Via密集处，尽量少换层，保证高速时钟线参考面完整。B、CLK线与别的信号线或电源线间距量至少大于3倍线宽，耦合长度尽量小。且不规则绕线或螺旋绕线优于规则蛇型绕线。尽量避免在IC下方。C、不相干走线（多数指Powertrace）尽量远离CLK区域和I/O域，避免被CLK区域干扰和干扰I/O区域。,D、AGND与GND区域走线要严格区分，尽量避免有互越现象。E、伴地线对于EMI可有可无，要保证与其它信号线有足够间距即可满足EMI要求（20-30mils）。但考虑到信号质量要有伴地线，则要打足够的下地Via，间距在800mils以内。,4.2Audio产品VCC与GND的切割A、AGND与GND区域的切割线参照零件摆放，要求零件摆放时要区分，摆在各自区域，同时有AGND和GND成分的零件摆不放在切割线上，便于切割。B、VCC与GND切割同样精良保持一致，避免有走线互越情况，走线互越的EMI影响大于切割不一致的情况。（以下以DU9009S1的Audio口切割为例说明）,GND1层切割,Power层切割,GND2层切割,4.3Audio产品中的Decoupling电容及Bypass电容摆放A.Bypass电容多为于大型高速IC附近，主要作用是充放电稳压和滤波.所以要尽量靠近接电源pin脚。(如下图中的电容C245的连接方法为准),B.另一种decoupling电容即EMI经常预留的电容，位置多位于CLK换层处附近（保证CLK回返电流完整），高速IC附近（滤波，防止IC噪声对周围影响）或靠近IO电源处(减小此电源对IO的影响)，现以HU2073G1为例说明：图中两个差分线的换层处需要预留Decoupling电容C23、C29,C.Bypass电容摆放位置应位于最近IOconnector处,正确连接方式是：直接经过电容Pin脚再到Connector,不能有分支(基于减小高频下导线电感效应的考虑)，CLK的RC电路中的电容有同样连结要求(RC要放于CLK源端)，DU9009S1中晶振出来的信号线符合要求，,4.4Audio产品的接地A、Top和Bottom走线层不要随意铺GNDshape，如果有则要足够的GNDVia（接地不良容易产生天线效应）。B、IO区要有足够的GND