有一種方法可以取代這種昂貴的大尺寸LC濾波器方案，那就是改進(jìn)開關(guān)過程，使放大器在保持高效的同時(shí)降低 EMI。Maxim公司的D類放大器恰好做到了這一點(diǎn)。這種D類放大器采用獨(dú)特的、享有專利的擴(kuò)譜調(diào)制模式，以展寬寬帶頻譜分量，從而使揚(yáng)聲器和電纜輻射的EMI降至最低。圖2通過Maxim公司的MAX9700展示了這種D類放大器的拓?fù)洹?/p>

　　Maxim的D類放大器調(diào)制方案采用了一個內(nèi)部生成的鋸齒波，并在輸入部分采用一個互補(bǔ)信號對。如果沒有互補(bǔ)輸入信號，則會在IC內(nèi)部產(chǎn)生一個差分輸入。

 
圖2. 單聲道D類放大器拓?fù)?/p>

　　比較器監(jiān)視D類放大器的輸入，并將互補(bǔ)的輸入電壓與鋸齒波進(jìn)行比較。當(dāng)鋸齒波的幅度超過輸入電壓時(shí)，比較器A會輸出一個低電平，將相應(yīng)的D類輸出（OUT+）拉高至VDD.當(dāng)鋸齒波的幅度超過其輸入電壓時(shí)，比較器B也會輸出低電平，同樣將相應(yīng)的D類輸出（OUT-）拉高至VDD.兩個D類輸出都被拉高之后，一個處于或非門輸出端的定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，時(shí)間常數(shù)為tau，相當(dāng)于1 / （RTON * CTON）。固定時(shí)間（tau）結(jié)束后，兩個D類輸出都被拉低至GND，而兩個比較器均被復(fù)位。這個過程在第二個比較器輸出端產(chǎn)生一個最小脈沖寬度tON （MIN）。隨著輸入電壓的升高或降低，其中一個輸出（第一個比較器會觸發(fā)翻轉(zhuǎn)）的脈沖持續(xù)時(shí)間會增加，而另一個輸出的脈沖持續(xù)時(shí)間則維持在tON（MIN），從而導(dǎo)致?lián)P聲器兩端的凈電壓（VOUT+ - VOUT-）發(fā)生改變。

 
圖3. FFM模式下，Maxim的D類BTL放大器加載輸入信號后的輸出 

　　固定頻率調(diào)制和擴(kuò)譜調(diào)制

　　Maxim的D類放大器采用兩種調(diào)制模式：（1） 固定頻率調(diào)制（FFM）模式；（2） 擴(kuò)譜調(diào)制模式。FFM模式下（圖3），鋸齒波的周期保持不變，這一點(diǎn)和傳統(tǒng)的PWM方案是一樣的。擴(kuò)譜調(diào)制模式（圖4）下，鋸齒波的周期會逐周期發(fā)生改變（變化范圍達(dá)±10%）。圖4對鋸齒波的周期變化進(jìn)行了夸大，以更好地展示其效果。

 
圖4. 擴(kuò)譜調(diào)制模式下，Maxim的D類BTL放大器加載輸入信號后的輸出

　　擴(kuò)譜調(diào)制模式下，其周期的逐周期變化可降低基波頻率下（fo ±10%）的頻譜能量，同時(shí)擴(kuò)展特定帶寬（nfo ±10%，n為正整數(shù)）內(nèi)的諧波分量。這時(shí)大量的頻譜能量并不是集中在開關(guān)頻率的各倍頻處，而是在一個隨頻率而增加的帶寬內(nèi)展寬。頻率超過數(shù)兆赫茲后，寬帶頻譜看起來就像是白噪聲，從而達(dá)到降低EMI之目的。在FFM模式下，能量包含在較窄的頻帶內(nèi)，并具有較高的峰值（圖5a）。而在擴(kuò)譜調(diào)制模式下，能量包含在較寬的頻帶內(nèi)，峰值能量也得以降低（圖5b）。請注意，圖5b中的三次諧波幾乎被噪聲底遮蓋了。

 
圖5a. Maxim的FFM模式

圖5b. Maxim的擴(kuò)譜調(diào)制模式

　　擴(kuò)譜調(diào)制模式將EMI輻射降至最低

　　Maxim的擴(kuò)譜調(diào)制技術(shù)允許D類放大器真正“免除濾波器”，只要揚(yáng)聲器電纜不是太長。傳統(tǒng)的PWM架構(gòu)通常需要大尺寸的輸出LC濾波器，以確保使用D類放大器的消費(fèi)類產(chǎn)品能夠滿足EMI規(guī)范要求。Maxim專有的擴(kuò)譜調(diào)制技術(shù)降低了D類放大器的輻射，因此輸出不需要濾波或僅需要最小的濾波元件，即可滿足EMI規(guī)范要求（見附錄）。

　　EMI規(guī)范要求終端產(chǎn)品必須通過現(xiàn)有的準(zhǔn)峰值檢測限制—例如由CE （歐洲共同體，歐洲標(biāo)準(zhǔn)）和FCC （聯(lián)邦通信委員會，美國標(biāo)準(zhǔn)）所制定的限制標(biāo)準(zhǔn)，以確保最低程度的電磁干擾。按照這些機(jī)構(gòu)的定義，電磁干擾會中斷、阻礙或降低電子和/或電氣設(shè)備的有效性能。在準(zhǔn)峰值檢測中，所測定的信號等級是由信號頻譜分量的重復(fù)頻率來衡量的。重復(fù)頻率越低，準(zhǔn)峰值讀數(shù)也就越低。1

　　擴(kuò)譜調(diào)制充分利用了準(zhǔn)峰值檢測的平均特性，從而大大降低EMI的測量結(jié)果（表1）。在擴(kuò)譜調(diào)制模式下，D類放大器的峰值基波頻率在一定范圍內(nèi)隨機(jī)變化—通常在其基本開關(guān)頻率的±10%范圍內(nèi)。假設(shè)分析儀使用120kHz分辨率帶寬進(jìn)行準(zhǔn)峰值檢測，那么除了開關(guān)頻率基波和幾個高次諧波外，開關(guān)能量在任何單個中心頻率下都只出現(xiàn)一段時(shí)間。

點(diǎn)擊看原圖
表1. MAX9759的輻射數(shù)據(jù)（MAX9759EVKIT，擴(kuò)譜調(diào)制模式下使用3"雙絞線揚(yáng)聲器電纜并且“無濾波器”）

　　結(jié)論

　　D類放大器的近似滿擺幅轉(zhuǎn)換特性和快速開關(guān)頻率會產(chǎn)生較強(qiáng)的射頻輻射和干擾。在揚(yáng)聲器等發(fā)聲裝置重現(xiàn)音頻內(nèi)容之前，一般都需要使用龐大且昂貴的LC濾波器來降低這種高頻干擾。但是現(xiàn)在，如果采用有效的PCB布局以及短的揚(yáng)聲器電纜，Maxim的擴(kuò)譜調(diào)制技術(shù)可以真正實(shí)現(xiàn)低功率應(yīng)用的“無濾波器”工作。

　　1若需了解準(zhǔn)峰值檢測的更多詳情，請參考國際電

工委員會下屬的國際無線電干擾特別委員會（CISPR）出版的Reference Publication 16.

　　附錄

　　濾波拓?fù)涓艣r用于D類功率放大器的濾波器拓?fù)涔灿腥N：（1） FB-C，鐵氧體磁珠和電容；（2） LC，電感和電容；以及（3） “無濾波器”。某個特定設(shè)計(jì)應(yīng)該選擇哪種濾波技術(shù)，取決于應(yīng)用的揚(yáng)聲器電纜長度和PCB布局。下面是這三種濾波器拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)：

　　FB-C濾波

　　如果揚(yáng)聲器電纜長度適中，F(xiàn)B-C濾波足以滿足EMI限制。與LC濾波相比，F(xiàn)B-C濾波方案更為精簡，成本效益更高。但是，由于只能在頻率大于10MHz的情況下生效，F(xiàn)B-C濾波的應(yīng)用范圍受到很大的限制。而且，在頻率低于10MHz的情況下，如果揚(yáng)聲器電纜走線不合理，也會導(dǎo)致傳導(dǎo)輻射超標(biāo)。

　　LC濾波

　　相比之下，LC濾波可以在頻率大約為30kHz的情況下即開始起到抑制作用。當(dāng)某設(shè)計(jì)中所用的電纜線較長，而PCB布局又不是很好時(shí)，LC濾波無疑是一個“保險(xiǎn)的”選擇。但是，LC濾波需要昂貴而龐大的外部元件，這顯然不適合便攜式設(shè)備。而且，當(dāng)頻率大于30MHz，主電感會自諧振，還會需要額外的元件來抑制電磁干擾。

　　“無濾波器”濾波

　　“無濾波器”放大器拓?fù)涫亲罹叱杀拘б娴姆桨福驗(yàn)樗∪チ祟~外的濾波元件。采用較短的雙絞線揚(yáng)聲器電纜時(shí)，D類放大器完全可以滿足電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。但是，和FB-C濾波一樣，如果揚(yáng)聲器電纜走線不合理，可能出現(xiàn)傳導(dǎo)輻射超標(biāo)。還需注意，Maxim的D類放大器也可以實(shí)現(xiàn)“無濾波”工作，只要在放大器的開關(guān)頻率下?lián)P聲器是感性負(fù)載。在輸出電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，轉(zhuǎn)換頻率下的大電感值可使過載電流保持相對恒定。