电磁兼容设计-在d类音频放大器中管理eminew

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1、在美国国家半导体公司D在D类音频放大器中管理EMI应用注释1737类音频放大器中管理BillMcCulley2007年11月2日EMI基本概念即使在长度短于λ/4的情况下PCB迹线仍可用作全向天线，会同时增加辐射和易受干扰性。表面迹线也表现出波长电磁干扰（EMI）是外部的电磁辐射在电路中造成的有缩短效应，因为介质的一侧可改变传输线的总介电常数。全害干扰。这种干扰会中断、阻塞或者降电路的有效性能。向天线，如PCB迹线，是数字系统中导致辐射噪声的真正作在当今的便携式和消费类应用中，设备内的空间成为佣者。正如所见，从辐射的角度来看，D类音频放大器在本设计

2、的优先考虑因素，经常要求工程师省略封闭部件和屏质上是一个数字系统。电磁学的一个基本原理是互感。电流蔽罩，并通过其它方法,诸如在电路级形成良好的隔离来抑可以产生电场，电通量中的变化可感应出电流。类似地，接EMI制EMI和噪声。更小的空间和更高的功能要求采用高密度收良好的天线同样能执行较好的发射功能。如果全向天线的PCB，并且带超小型PCB设计规则的晶圆级封装的应用使尺寸接近频率波长的四分之一，在该频率处天线被噪声电流EMI问题变得更加重要。激发，则可预期会产生辐射。EMI包括两个方面。发射是指设备产生发射噪声的程度。敏感度是指其它电磁波的发射对设备的

3、影响程度。提高设计师对有害发射的控制程度也会有助于提高系统不易受干扰的性能。发射通常可分为辐射和传导两类。辐射不通过电路板，迹线或者导线，而是通过电磁波的形式传播，对邻近的接收器造成干扰。需重视的是“接收器”是指任何由于接收电磁能量而使工作受到负面影响的电路，例如PCB迹线或IC的引脚。传导是指通过导线或电缆传导至电路之外的散逸能量。传导可能会直接造成问题或者本身再以辐射的形式出现。为了理解辐射，了解天线很重要。如图1所示，众所周知30041503的波长和频率间的物理关系为：图2.通用天线有两种通用的天线设计，简单的偶极天线和鞭状天线，如图2所示。

4、可看的有趣现象是鞭状天线实际上是偶极子的一为相对介电常数半，而实际上水平接地端被感应为偶极子的另一半。30041502通过电能的辐射，天线可以发送和接收信号。但是，如图3所示，在电路板上的全向天线包括：图1.波长作为频率的函数长迹线作为一个高效率天线的最短长度要求为λ/4。介质为空通孔气时，介电常数为1，但在以FR4或者玻璃环氧材料的PCB器件的引线和引脚中，介电常数约为4.8。一旦到达FR4材料产生的介电梯度，PCB电路板上未使用的连接器和排针此效应会造成信号在迹线上传输变慢，本质上会造成“波长缩短”效应。例如，一个200MHz信号在空气中传输的

5、四分之一波长为16.7cm。在内层PCB迹线中，波长缩短为16.7/4.8(1/2)=7.6cm。AN-1737©2007NationalSemiconductorCorporation300415www.national.comD类音频放大器由于D类音频放大器的高效率，已成为消费电子市场中AN-1737流行的技术之一。它采用输入的模拟信号对高频方波进行调制。方波本身可以为固定频率、可变频率，或仅是频率不固定的随机脉冲。用两个极点的巴特沃斯低通滤波器，可滤除高频分量并恢复原始的音频信号。在“无滤波器”结构中，扬声器本身的电感可作为滤波器的一部分。一

6、种通用的D类组态为脉冲宽度调制（PWM）结构，其采用固定频率波形，改变占空比以在低通滤波器之后产生移动的信号平均量，如图4所示。开关结构的优点很明显,即高频、低功耗和小型的散热设计。但增加效率必然会提高成本。为了实现高效率驱动，需要用一个陡峭的快速切换的方波信号。这同样会导致数字系统中出现多余的伪信号，因为频谱能量大量集中在方波的边30041506沿。同样，会存在一些过冲，造成波形在短时间内超出最大和最小电压。过冲在输出频谱中产生额外的高频分量，从而图3.在PCB中的全向天线恶化了EMI和音频性能。一个未加终接的表面迹线或者一个未加终接的埋线会成为

7、一个全向的鞭状天线。如果版图布局较差，在不同射频电势处的迹线段会形成全向偶极天线。而且，若PCB层本身被耦合到电场中，PCB的传导层会作为偶极天线的另一端。30041501图4.D类音频放大器的脉冲宽度调制www.national.com2AN-1737计算EMI考虑到抑制EMI的目的，将铁氧体磁珠用作电阻，但因为R＝0，所以不存在任何直流压降。在所关心的频率明显DC为了计算EMI，对于电子工程师、PCB布局工程师和制低于1MHz时，这一点使磁珠非常有用。再者，如图所示，造工程师而言，重要的是将PCB布局规划作为电路设计的一把铁氧体磁珠理解为两个元

8、件的电压分压器的部分来认识其部分。与EMI有关的一般PCB设计指南归纳如下：有效性很重要。Z和Z与频率相关。为了实现期望的