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减少D类音频放大器中的电磁干扰(EMI)以降低材料清单(BOM)成本却不影响音频性能
文章来源:永阜康科技 更新时间:2018/2/6 10:44:00

设计人员经常选择D类音频放大器来驱动电视机(TV)、Bluetooth®音箱和笔记本电脑等各种中等功率应用里的扬声器。毕竟,与传统的AB类音频放大器相比,D类音频放大器具有更少的散热量和相对较高的效率(以便延长电池寿命)。如果紧凑的电路板空间非常重要,那么D类音频放大器也颇具优势。

与D类音频放大器相关的最大挑战是电磁干扰(EMI)。传统上用外部电感器-电容器滤波法来减少EMI,但这会增加终端设备的成本、占位面积和复杂度。

TI已开发了几种闭环放大器,包括TPA3110(2010年发布),它通过采用先进的闭环功率级显著减少了EMI。此外,TI还刚刚发布了TPA3140 D类音频功率放大器,该产品包含的一些创新甚至有助于为线缆长度达1米的扬声器提供真正无电感器的性能。在LCD TV(其中较长的扬声器线缆使得满足EMI要求成为一项挑战)领域,这种无电感器的设备已投入生产。

 

边缘速率控制

一种用来减少EMI辐射的方法是降低该放大器输出转换的压摆率。因为TPA3140使用专有的高性能反馈拓扑结构,所以降低压摆率不会降低总谐波失真(THD)或音频质量。图1中的快速傅立叶变换(FFT)图像展示了在较慢边缘高频含量降低的情况。

 

1:无边缘速率(红色)和有边缘速率(黄色)的EMI

 

扩频时钟

虽然边缘速率控制是一种减少EMI(当其出现在高于30MHz的频率范围内时)的有效手段,但它并未解决D类放大器开关输出的基本载波频率及其相关谐波(落入低于30MHz的范围内)的问题。

TPA3140包括一种专有算法,该算法可将少量频率调制功能添加到该放大器的时钟电路。该算法不影响放大的音频质量,但会显著减少开关频率的峰值能量。

 

EMI结果

图2展示了对扬声器线缆长度接近1米的电视机的EMI测试结果。红线是准峰值限制,绿线是平均限制。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2EMI图:蓝曲线是准峰值,绿曲线是平均曲线

 

音频性能

  • <0.05%THD + 噪声(N)(当功率为1W、电阻为4Ω、频率为1kHz时)
  • <65μV A计权输出噪声

总之,TPA3140 D类音频功率放大器可显著减少EMI,这允许无电感器的运行(可节省主要BOM成本却不影响音频质量)。

 
 
 
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