无电感D类音频应用实现极低EMI的技术方案

2016-03-01 20:04:00 来源:EEFOCUS
标签:

 

导读:

功率电感铁氧体磁环的价格差异显著,这推动了D类音频放大器滤波设计步入无电感时代。但同时,在铁氧体磁珠的作用下,滤波器的截止频率会急剧飙升,从几千赫兹增加到几兆赫兹;从而削弱了滤波器的EMI抑制效果。因此,D类应用亟需降低EMI噪声。在D类音频无电感应用中,要取得良好的EMI结果取决于电路板电平调整与适当的PCB布局。铁氧体磁环配备适当的电容可以降低D类输出边缘速率,但同时也会产生一些瞬时振荡,加剧传导性电磁干扰,因此,需要利用佐贝尔电路降低瞬时振荡。

 

本文将介绍一些电路板电平调整技术,包括铁氧体磁珠选择原则——降低边缘速率,佐贝尔网络调整方法——减少瞬时振荡,以及适当的PCB布局等。这些解决方案通过利用TI最新的EMI优化D类音频放大器TPA3140D2,帮助客户大幅节约系统设计成本,同时获得出色的音频性能。

 

无电感滤波器

无电感设计的目的是利用成本低廉的铁氧体磁珠替代昂贵的电感,为客户实现系统层面上的 低成本EBOM(工程材料账单)目标。铁氧体磁珠等同于多层片式电感。受当前铁氧体磁环材料和制造技术的限制,此类电感很难同时承受大电流、高阻抗。以日本东光多层片式电感为例,如果工程师将额定直流电流值设定为>2.5A,则绝大多数电感值将低于1uH。行内另外一家的产品顺络铁氧体磁珠系列(UPZ2012)也有类似表现:如果最大额定电流大于2.5A,铁氧体磁环磁珠同等电感值小于0.6uH。


表1为UPZ2012系列铁氧体磁珠在100MHz的阻抗、以及不同铁氧体磁环的最大额定电流和最大直流电阻。

 

表1  2012型贴片铁氧体磁环的阻抗与最大电流

 

如图1所示,“120Ω@100MHz 铁氧体磁珠”的同等电感值为0.39uH,而 600Ω@100MHz 铁氧体磁珠,同等电感值为1.59uH。

 

图1  铁氧体磁珠同等电感值

 

铁氧体磁珠工作时相当于一个并联谐振回路,如同电感在低频域(<100MHz)、电容在高频域(>100MHz)工作一样、也如同一个纯电阻在自身的谐振频率点一样。在使用铁氧体磁珠设定输出滤波器时,其基础就是利用它的电感特性。因为每个LC滤波器 (无源滤波器)均拥有自身的谐振频率,在此频率点,滤波器的增益很大,导致过滤后产生瞬时振荡。R1和C1将吸收由IC本身造成的振荡能量,通常使用10Ω的电阻和330pF的电容。R2和C2将吸收由滤波器本身造成的振荡能量。

 

图2   铁氧体磁珠滤波器设计

 

如何利用无电感滤波器实现低EMI目标?

  • 意见1:选择铁氧体磁珠降低边缘速率

TI 设备中利用了一些技术,尽量降低5MHz频带(此频率通常为铁氧体磁珠滤波器的截止频率)范围内传导的EMI噪声。扩展频谱、L和R声道(D类立体声音频)的相移等也会有一定的帮助。对于小于5MHz的 EMI带宽,尤其是当开关频率约为300kHz(以获得较佳效率),实验结果显示减少边缘速率是降低EMI的有效方法。

 

图3  不同阻抗铁氧体磁环的边缘速率

 

图3中,较高的铁氧体磁珠阻抗可以实现较低边沿速率的D类输出;使用600ohm@100MHz 的铁氧体磁珠,可以获得最低边缘速率的D类输出,最终在高频段实现最佳EMI结果。然而,阻抗较高意味着额定电流较小。表1中,阻抗=600ohm@100MHz,最大额定电流为2A。以电视客户为例:

电视应用示例:PVDD (功率电源)= 12V,扬声器负载=8Ω,BD模式,忽略PCB与铁氧体磁珠的导通电阻和直流电阻。最大电流 = 12/8 = 1.5A。

 

在PVDD = 12V /8Ω扬声器的情况下,工程师可以使用600ohm@100MHz的铁氧体磁珠来设计滤波器。

 

图4为铁氧体磁珠对于传导性EMI的效果

 

图4  铁氧体磁珠对于传导性EMI的效果

 

图5为铁氧体磁珠对于辐射性EMI的效果

 

图5 铁氧体磁珠对于辐射性EMI的效果

 

  • 意见2:利用佐贝尔网络,尽量降低瞬时振荡。

图6为我们设计的用于降低输出滤波电路振荡效应的典型电路。R1和C1将吸收由IC本身造成的振荡能量。R2和C2 用于吸收由滤波器谐振频率造成的振荡。

 

图6调谐,以减少振荡、降低边缘速率

 

图7.a中,在传导性EMI测试噪音频带,捕获到周期为350ns的振荡(约2.85MHz),其能量在佐贝尔网络之后已经大幅减弱,并获得更高边缘增益。
表2    滤波器和佐贝尔网络设置

 

 

图7调整佐贝尔网络和电容(减少振荡,获得较慢的边缘速率)

 
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
 

 

继续阅读
Liqualloy TM 功率电感“GLU 系列”开始量产
Liqualloy TM 功率电感“GLU 系列”开始量产

近年来,智能手机等移动设备为了实现更高的画质,越来越多地采用有机 EL 面板,据说到 2020 年搭载率将超过五成。此外,用户之间通过平板电脑终端听音乐和看视频将更加普遍,移动设备的耗电负荷也将进一步增加,因此终端的节能对策成为了各配套厂商亟待解决的课题。

功率电感选择有诀窍,额定电流给你支高招

在实际的电源设计中,功率电感的选择尤为关键。在DC-DC转换器中,电感器是仅次于IC的核心元件。通过选择恰当的电感器,能够获得较高的转换效率。在选择电感器时所使用的主要参数有电感值、额定电流、直流电阻等。其中在选择功率电感的额定电流时,根据电感的规格书,会发现电感的额定电流有两种,这两个额定电流的定义是什么呢,在选型电感时,我们应该如何选

伍尔特发布紧凑型 SMD 功率电感

伍尔特电子的紧凑型 SMD 功率电感产品家族日前新增了两名成员:WE-PMMI 和 WE-PMCI。这两个系列的新功率电感适用于具有低空间要求的高效 DC/DC 转换控制器。

凌力尔特推出双输出电流模式同步降压型DC/DC控制器LTC3884

凌力尔特公司 (Linear Technology Corporation) 推出双输出电流模式同步降压型DC/DC控制器LTC3884,该器件具可编程环路补偿和基于I2C的PMBus接口。这款器件提高了电流检测信号的信噪比,以最大限度提高转换器效率和增加功率密度,因此允许使用DC电阻 (DCR) 非常低(0.3mΩ)的功率电感器。

磁珠在PCB设计中的运用

。普通滤波器是由无损耗的电抗元件构成的,它在线路中的作用是将阻带频率反射回信号源,所以这类滤波器又叫反射滤波器。当反射滤波器与信号 源阻抗不匹配时,就会有一部分能量被反射回信号源,造成干扰电平的增强。

更多资讯
射频半导体行业发展趋势解析

近两年,射频半导体行业取得了众多颠覆性的突破与进步,诸如持续整合MMIC市场,通过氮化镓GaN技术促进新型基站架构和射频能量应用的发展,5G也完成了独立组网标准,阵列天线、太赫兹技术等也取得了众多实质性进展。

一文带你了解激光雷达行业未来趋势?

?根据法国市场调研机构Yole Developpement的预测,全球激光雷达市场应用规模将在2023年达到63亿美元,而其中,包括ADAS及自动驾驶在内的市场规模将达到52亿,成为激光雷达的核心目标市场。

图像识别在图书馆展现身手,到底用的什么技术?
图像识别在图书馆展现身手,到底用的什么技术?

小小的一本书从被归还,到回到本来的书架位置之间,需要经历一个较为漫长的盘点过程。

用微波炉和热像仪测量光速

1607年,伽利略曾经尝试测量光速。他让两个人分别站在相距一英里(1.6公里)的两个山头上,各提一盏灯。

多方面因素让毫米波技术开始进入起飞阶段
多方面因素让毫米波技术开始进入起飞阶段

对于速度和无所不在的连接的需求是技术演变到THz技术这场革命的主要驱动 MHz力。十年前,谁会想到现在的世界正在尝试将数十亿台设备通过互联网连接在一起,并准备在几秒内将一部电影下载到智能手机?无线应用已经从点到点演进到广播系统再到网状和蜂窝网络,现在人们正在探索点对点和蜂窝相结合的定向网络系统。

Moore8直播课堂
电路方案