劉愛國

摘 要：為了減少電磁騷擾，降低惡劣的電磁環(huán)境對(duì)數(shù)字功放的不利影響，文章介紹了數(shù)字功放的原理，提出了解決電磁騷擾的措施，在實(shí)際應(yīng)用中，這些措施可以很好的解決大部分?jǐn)?shù)字功放中的電磁騷擾問題。

關(guān)鍵詞：數(shù)字功放；電磁騷擾；電路設(shè)計(jì)；PCB設(shè)計(jì)

引言

數(shù)字功放由于具有高效率、低功耗的優(yōu)點(diǎn)，被越來越多地應(yīng)用在諸如PDA、手機(jī)、MP3等便攜式設(shè)備中。然而，數(shù)字功放的工作原理決定了它會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的電磁騷擾問題，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備工作不正?；?qū)θ藗兊慕】翟斐捎绊?，所以必須加以控制?/p>

1.數(shù)字功放的原理

2.在電路設(shè)計(jì)中加入防止電磁騷擾的措施

2.1加入Snubber電路

由以上分析可知，在數(shù)字功放中，PWM開關(guān)切換時(shí)，會(huì)伴隨著比較大的振鈴，而振鈴的出現(xiàn)，會(huì)使信號(hào)的上升時(shí)間變陡，信號(hào)的幅度變大，且它的諧振頻率往往是工作頻率的幾十倍甚至是上百倍。根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算公式：

公式1：

其中，E為電場(chǎng)強(qiáng)度，為伏特/米，

其中f為電流的頻率MHz，A為電流的環(huán)路面積， 為電流幅度mA。由公式可知，對(duì)場(chǎng)強(qiáng)的影響有頻率、電流等，而振鈴，導(dǎo)致了頻率的上十上百倍的增加，而信號(hào)幅度的增加也引起電流的增加，所以振鈴的出現(xiàn)，會(huì)使電場(chǎng)強(qiáng)度急劇的增加，導(dǎo)致電磁環(huán)境急劇的惡化，造成輻射超標(biāo)、干擾變大，所以振鈴是導(dǎo)致數(shù)字功放電磁騷擾問題的主要因素，所以我們必須對(duì)此加以抑制。而加入Snubber（緩沖）電路，可以非常有效的抑制開關(guān)電路中的振鈴。

L1/C1/R1分別是放大電路功率管中的等效電感、電容與電阻，Snubber電路可直接加功率管的輸出端，Snubber電路由一個(gè)小阻值的電阻和一個(gè)電容Csnubber串聯(lián)構(gòu)成。其中電阻Rsnubber用來調(diào)節(jié)LC諧振電路的阻尼系數(shù)。電容Csnubber在振鈴頻率處呈現(xiàn)很低的容抗，近似于短路。在PWM開關(guān)頻率又呈現(xiàn)出較高的容抗。如果沒有電容Csnubber的存在，PWM信號(hào)一直加在電阻Rsnubber兩端，電阻Rsnubber會(huì)消耗過多的能量。

Rsnubber須選取合適的電阻值，既能讓PWM開關(guān)信號(hào)能快速穩(wěn)定到終值，而Csnubber又不產(chǎn)生振鈴，而元件值的選取原則是，在LC諧振頻率處，容抗要遠(yuǎn)小于Rsnubber的阻值，對(duì)PWM開關(guān)信號(hào)，又要呈現(xiàn)出足夠高的容抗。當(dāng)然，引入Snubber電路，在每次開關(guān)時(shí)都要消耗更多的能量，降低了電源轉(zhuǎn)換效率。有些應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)電路的效率有很高的要求，可以適當(dāng)調(diào)整Snubber電路的元件值，在PWM信號(hào)的振鈴和功率消耗之間取得平衡。加入Snubber電路后與沒有加的波形對(duì)比，其中，粗線條為加入后波形，細(xì)線條為沒有加的波形，從波形對(duì)比圖可以看出，振鈴得到了很好抑制，減緩了波形的上升時(shí)間，降低了頻率以及幅度，從而使輻射大降低。

2.2加入電容及磁珠

理想的電容是不存在的，因?yàn)殡娙萜湟_引線的存在，電容可以等效為一個(gè)電阻、電感及電容串并聯(lián)電路，會(huì)有一個(gè)自諧振，所以說并不是說電容越大，其等效阻抗（ESR）就越低，而是電容等效電路在諧振時(shí)，它的電抗表現(xiàn)為一個(gè)純電阻，這時(shí)電容的ESR就最小，電容的濾波就最好，所以說對(duì)濾波電容的選擇不是越大越好，而是要根據(jù)電路的特性選擇合適的濾波電容，同時(shí)，也只有濾波越好，電路工作越穩(wěn)定，電路的整體輻射也就越好。不同電容所對(duì)應(yīng)的不同的自諧振頻率，從圖中看出，表面貼裝電容比插件電容的濾波效果好，因?yàn)椴寮娙莸囊_可以等效為一個(gè)電感，從而影響了濾波效果。

可以對(duì)數(shù)字功放的電源部分濾波分別選取三個(gè)不同容的電容來并聯(lián)，首先選一個(gè)大容量的電解電容濾除電源紋波，數(shù)字功放大部分工作在300KHZ-500KHZ，所以再增加一個(gè)4.7uF的貼片電容濾除PWM的基頻，最后選取一個(gè)1nF的貼片電容濾除PWM的諧波，這樣就可以很好的濾除電源上的輻射。同理，也可以在LC低通濾器上增加一個(gè)小電容來濾除喇叭線的PWM諧波。

以上增加電容濾波的方法是消除電源上及喇叭線上的輻射。

3.在PCB設(shè)計(jì)中加入防止電磁騷擾的措施

3.1地線的處理

地線主要是為電流提供返回通路，在電磁騷擾中非常重要，屏蔽、阻抗匹配、阻抗的連續(xù)性、反射、地彈等都與地線有關(guān)，所以說地線的處理可以說是電磁騷擾的關(guān)鍵。首先，須提供一個(gè)完整的地平面，在數(shù)字功放中，對(duì)電磁騷擾的處理主要是高頻部分，所以在布線中應(yīng)多點(diǎn)接地，如是雙面板，盡量單面放元件，單面走線，另一面完全鋪地，形成一個(gè)完整的地平面，讓整個(gè)地平面的電位都相等，這樣就可以給每個(gè)器件提供完全相等地電位，從而形完美的阻抗連續(xù)性以及消除地彈。

其次，濾波器件的接地應(yīng)與功放的地在同一層相連接，如不在同一層相連接，必然通過過孔相連，從電流流出到返回，最少要通過兩個(gè)過孔，而過孔是有著寄生電感存在的，其計(jì)算公式為：

公式2：

3.2元件的布局及PCB走線的處理

一個(gè)良好的PCB布局可以有效的減小電磁輻射，首先，所有的元件在散熱及工藝允許的情況下盡量緊湊排放，這樣可以縮短各個(gè)元件相互間的走線，減小電流回路的環(huán)路面積。特別是電源的濾波電容一定要緊靠供電腳，電容的排列按照容值從小到大逐漸遠(yuǎn)離供電腳，電容越小越要靠近供電腳，因?yàn)镻CB走線同樣也存在電感，其計(jì)算公式為：

公式3：

其中，l為PCB走線長(zhǎng)度，W為走線寬度，單位為cm。

如果走線長(zhǎng)度為1cm，寬度為0.3cm，那么其電感約為3.9nH?？梢钥闯觯绻麨V波電容離供電引腳越遠(yuǎn)，濾波效果就越差，導(dǎo)致輻射也變大。同樣，Snubber電路也必須靠近功放輸出腳，提高濾波效果；低通濾波器電感也要靠近功放輸出腳，低通濾波器電容也須緊靠電感放置；總而言之，元件須按照信號(hào)的流向來布局，使信號(hào)保持一個(gè)方向，走線最短，不產(chǎn)生回流，且以功放為核心，所有元件圍繞它來放置，緊湊的布放在一起，盡量減小和縮短元件之間的連線。

在PCB走線時(shí)，優(yōu)先考慮地線，電源線須緊靠地線，減小差模輻射的環(huán)路面積，電源線與功放輸出也盡量在同一層走，不要換層，且要保證走線的連續(xù)性，寬度不要突然變化，不要走直角或銳角。另外，功放的下面無論是PCB頂層或底層，都不要有其它走線，全部為地線或地平面，功放輸出線也要包地，特別是功放輸出到濾波電感這一段，這樣可以有效的抑制輻射。

4.總結(jié)

總之，電磁騷擾抑制對(duì)于提高數(shù)字功放設(shè)備的使用性能具有重要的意義。本研究對(duì)抑制措施進(jìn)行了研究，并根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并進(jìn)行大量的測(cè)試，舉例驗(yàn)證了抑制方案的可行性，可為從事電磁兼容性設(shè)計(jì)的技術(shù)人員提供了相關(guān)的抑制電磁騷擾的解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]明鑫. 低EMID類音頻功放電路關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 電子科技大學(xué)， 2012.

[2]陳早. D類功放中EMI抑制技術(shù)的研究[D]. 電子科技大學(xué)， 2010.