芯耀
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之前針對 eCall的文章中有提到D類音頻功放需要關(guān)注EMI問題（點擊文章回看《車載eCall系統(tǒng)音頻應(yīng)用解決方案》），在此展開此問題并尋求解決方案。
1. EMI定義與分類
電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI）是干擾電纜信號并降低信號完好性的電子噪音，EMI通常由電磁輻射發(fā)生源產(chǎn)生。
電磁干擾EMI(Electromagnetic Interference)，分傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個電網(wǎng)絡(luò)上的信號耦合（干擾）到另一個電網(wǎng)絡(luò)。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合（干擾）到另一個電網(wǎng)絡(luò)。在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)計中，高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。
2. 車載系統(tǒng)EMI需求
CISPR25《用于保護(hù)用在車輛、機(jī)動船和裝置上車載接受機(jī)的無線電騷擾特性的限值和測量方法》本標(biāo)準(zhǔn)是保護(hù)用在車上、船上和裝置上的接受機(jī)免受無線電騷擾，規(guī)定了限值和測試方法。目前幾乎所有車輛廠商均需求通過此相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。下圖為CISPR25測試CEC相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)與要求。
3.D類音頻功放EMI噪聲源
① 典型應(yīng)用電路
② 噪聲源分析
D類功放的EMI的干擾源主要是來自三個地方：
1）工作時開關(guān)調(diào)制頻率導(dǎo)致的電源上的紋波抖動
2）開關(guān)調(diào)制過程中大電流隨時間的變化di/dt
3）開關(guān)調(diào)制過程中電壓隨時間的變化dv/dt
除此之外，整個PCB板器件的布局以及布線對整個電路系統(tǒng)的EMI都會產(chǎn)生影響。下面將在原理圖設(shè)計、芯片設(shè)計時自身EMI抑制功能、PCB設(shè)計分別介紹對EMI的影響分析。
4. EMI的解決方法
① 原理圖設(shè)計
· 電源噪聲濾波網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
電源網(wǎng)絡(luò)噪聲處理常用方式可主要分為以下三種：
1）帶有共模電感的共模噪聲抑制電路
2）Pi型濾波網(wǎng)絡(luò)
3）由磁珠與電容構(gòu)成的高頻濾波電路
具體電路設(shè)計可以依據(jù)噪聲處理要求進(jìn)行合理選擇。主要電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。
由于D類功放工作時調(diào)制產(chǎn)生的電流脈沖會導(dǎo)致PVCC引腳上較大的電壓紋波，若不進(jìn)行處理將會沿導(dǎo)線傳導(dǎo)至整個電源網(wǎng)絡(luò)，如圖4所示AW836xxTSR-Q1電源網(wǎng)絡(luò)做了PI型濾波設(shè)計，可有效降低電源上的噪聲幅值及高頻干擾，示波器實測波形如下。
· 開關(guān)噪聲整形電路設(shè)計
由于芯片引腳，PCB走線，器件雜散參數(shù)等寄生參數(shù)的存在，高頻開關(guān)電路中在開關(guān)動作瞬間會產(chǎn)生開關(guān)振鈴。振鈴的存在，可能使得開關(guān)管承受的電壓超過其耐壓值而發(fā)生擊穿；另一方面，開關(guān)振鈴為遠(yuǎn)超開關(guān)頻率的高頻振鈴,會伴隨很高的dv/dt，進(jìn)而帶來傳導(dǎo)和輻射的EMI問題，所以盡可能地抑制開關(guān)振鈴是高頻開關(guān)電路設(shè)計中一個重要環(huán)節(jié)。由電阻電容組成的RC-Snubber電路可以有效抑制振鈴，進(jìn)而有效抑制EMI。圖7為不加RC-Snubber電路的開關(guān)波形，圖8加RC-Snubber電路的開關(guān)波形，對比顯示高頻振蕩得到明顯改善。
對EMI的影響如圖9，圖10。高頻效果由不可通過CLASS5等級改善為可通過CLASS5，對EMI效果改善明顯。
圖7? 開關(guān)振鈴引起的高頻振蕩??圖8? RC-Snubber電路高頻吸收
· LC濾波電路設(shè)計
中大功率音頻設(shè)計時，考慮EMI指標(biāo)往往需要加LC濾波器用于抑制調(diào)制信號與高頻噪聲，圖2所示LC濾波電路的截止頻率計算方式如下：
對于低通濾波電路而言，截止頻率外高頻信號將以40dB/Dec進(jìn)行衰減。
② 芯片EMI抑制功能
· 調(diào)制頻率選擇
基于圖1所示CISPR25測試標(biāo)準(zhǔn)，300k~530k，1.8M~5.9M等頻段并不在測試要求范圍內(nèi)，AW836xxTSR-Q1系列推出調(diào)制頻率為400kHz/500kHz產(chǎn)品，后續(xù)將會推出2.1MHz產(chǎn)品（更小的輸出電感與輸出電容，更低的成本），可避免因基波能量落在測試范圍，從而規(guī)避基波能量過大而超限的情況。
· 擴(kuò)頻功能
擴(kuò)頻（Spread Spectrum，SS）是將傳輸信號的頻譜（spectrum）打散到較其原始帶寬更寬的一種通信技術(shù)，從而將原始頻帶能量分?jǐn)傇谒鶖U(kuò)展的頻帶已降低基頻能量，是EMI抑制常用手段。圖13，圖14對比測試圖展示了擴(kuò)頻功能對EMI的影響。
· 邊沿調(diào)整功能
D類功放輸出邊沿的翻轉(zhuǎn)帶來大電流隨時間的變化di/dt，電壓隨時間的變化dv/dt；這些都會影響引入高頻噪聲，調(diào)沿功能即可以調(diào)整邊沿速率，進(jìn)而降低Δt時間內(nèi)電流/電壓變化量。
圖15，圖16對比測試圖展示了調(diào)沿功能對EMI的影響，高頻處的EMI被明顯優(yōu)化。
③ PCB設(shè)計
合理的PCB的布局、布線以及器件選型等對EMI影響至關(guān)重要，AW836xxTSR主要從電源網(wǎng)絡(luò)，輸出功率信號做簡要說明。
1）完整的地參考平面，以盡量減少發(fā)射、串?dāng)_和噪聲
2）電源網(wǎng)絡(luò)盡量縮短路徑且與系統(tǒng)其他共享電壓網(wǎng)絡(luò)呈星形連接，盡量避免菊花鏈形式，避免環(huán)路的形成
3）電源網(wǎng)絡(luò)與D類功放輸出網(wǎng)絡(luò)保持一定距離，避免敏感器件的干擾
4）避免90°彎角走線；
5）輸出端的LC濾波網(wǎng)絡(luò)及RC-Snubber吸收電路越靠近芯片越好，降低濾波前的網(wǎng)絡(luò)長度
6）高頻退耦濾波電容建議靠近PA的PVCC引腳擺放，在最小環(huán)路路徑之內(nèi)擺放，避免高頻去耦失效
7）在L的選型上盡量使用全封閉電感，避免磁泄露導(dǎo)致的磁耦合產(chǎn)生干擾或不必要的損耗
8）電容選用低ESR&ESL型號，電容的地建議就近與主參考地連接，且過孔盡量多，減少過孔帶來的寄生振蕩
