便攜設(shè)備中反饋網(wǎng)絡(luò)和擴(kuò)譜調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用

　　前言

　　當(dāng)今利用反饋網(wǎng)絡(luò)與頻率擴(kuò)展技術(shù)改善開關(guān)的EMI己在便攜設(shè)備中的開關(guān)穩(wěn)壓器與現(xiàn)代D類放大器中獲得了應(yīng)用。這是什么原因？

　　現(xiàn)代D類放大器的高效特性，在日新月異的多媒體時代新潮中己成為便攜式和大功率應(yīng)用的理想選擇。之所以這樣是因許多現(xiàn)代D類放大器采用先進(jìn)的擴(kuò)譜調(diào)制技術(shù)，可使各種應(yīng)用免去外部濾波器并降低電磁于擾（EMl）。而省掉外部濾波器器不僅降低了電路板空間要求，同時大幅降低了很多便攜式/緊湊型應(yīng)用的成本。

　　由于開關(guān)穩(wěn)壓器能極大地節(jié)省空間并具有極低的功耗，則此穩(wěn)壓器正逐步取代線性穩(wěn)壓器，而進(jìn)入各種新型應(yīng)用中。但開關(guān)穩(wěn)壓器有一個缺點，其內(nèi)部開關(guān)電流可能產(chǎn)生EMI。EMI的峰值能量集中在開關(guān)頻率上，降低EMI的傳統(tǒng)方法是謹(jǐn)慎處理接地、屏蔽和濾波。以上方法以控制和抑制穩(wěn)壓器內(nèi)部開關(guān)電流所產(chǎn)生的輻射為主。此外，降低開關(guān)電流的幅度和改變頻率也能降低EMI。但確切地說，多相同步和擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制（SSEM）及反饋網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是降低EMI的兩種強(qiáng)有力的工具。此外，降低開關(guān)電流的幅度和改變頻率也能降低EMI。

　　值此本文僅對其反饋技術(shù)、擴(kuò)譜調(diào)制技術(shù)及新一代無濾波器D類放大器分析說明。因為對D類放大器及其最新的技術(shù)發(fā)展有一個基本理解，將有助于設(shè)計者為具體應(yīng)用選擇合適的放大器，并正確權(quán)衡某些功能特性的優(yōu)勢和劣勢。為此首先應(yīng)了介基于PWM方式的傳統(tǒng)D類放大器存在的問題。

　　1、傳統(tǒng)D類放大器存在的問題

　　傳統(tǒng)D類放大器的一個主要缺點就是它需要外部LC濾波器。這不僅增加了方案總成本和電路板空間，也可能因濾波元件的非線性而引入額外失真。很多D類放大器還會使用全橋輸出級。全橋電路使用兩個半橋輸出級，并以差分方式驅(qū)動負(fù)載。這種負(fù)載連接方式通常稱為橋接負(fù)載（BTL）。全橋結(jié)構(gòu)是通過轉(zhuǎn)換負(fù)載的導(dǎo)通路徑來工作的。因此負(fù)載電流可以雙向流動，無需負(fù)電源或隔直電容。傳統(tǒng)的、基于PWM的BTL型D類放大器各輸出波形。各輸出波形彼此互補(bǔ)，從而在負(fù)載兩端產(chǎn)生一個差分PWM信號。與半橋式拓?fù)漕愃?，輸出端需要一個外部LC濾波器，用于提取低頻音頻信號并防止在負(fù)載上耗散高頻能量。

　　與所有傳統(tǒng)D類放大器一樣，基于PWM方式的典型D類放大器需要外部濾波元件，會產(chǎn)生EMI／EMC兼容性問題，并且THD+N性能較差，因此與線性放大器相比，它的高效優(yōu)勢大為失色。然而，現(xiàn)代D類放大器采用先進(jìn)的調(diào)制和反饋技術(shù)，可很好地緩解上述問題。

　　2、利用反饋網(wǎng)絡(luò)改善性能

　　許多D類放大器采用PWM輸出至器件輸入的負(fù)反饋環(huán)路。閉環(huán)方案不僅可以改善器件的線性，而且使器件具備電源抑制能力。開環(huán)放大器卻正相反，它的電源抑制能力微乎其微。在閉環(huán)拓?fù)渲?，因為會檢測輸出波形并將其反饋至放大器的輸入端，所以能夠在輸出端檢測到電源的偏離情況，并通過控制環(huán)路對輸出進(jìn)行校正。閉環(huán)設(shè)計的優(yōu)勢是以可能出現(xiàn)的穩(wěn)定性問題為代價的，這也是所有反饋系統(tǒng)共同面臨的問題。因此必須精心設(shè)計控制環(huán)路并進(jìn)行補(bǔ)償，確保在任何工作條件下都能保持穩(wěn)定。

　　典型的D類放大器采用具有噪聲整形功能的反饋環(huán)路，可極大地降低由脈寬調(diào)制器、輸出級以及電源電壓偏離的非線性所引入的帶內(nèi)噪聲。這種拓?fù)渑c用在∑-△調(diào)制器中的噪聲整形類似。為闡明噪聲整形功能，圖1給出了為現(xiàn)代D類放大反饋補(bǔ)償回路以傳遞函數(shù)形式表達(dá)的示意圖，即一個1階噪聲整形器的簡化框圖。反饋網(wǎng)絡(luò)通常包含一個電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，但為簡便起見，圖1的反饋比例為1。由于理想積分器的增益與頻率成反比，圖中積分器的傳遞函數(shù)也被簡化為1／s。同時假定PWM模塊具有單位增益，并且在控制環(huán)路中具有零相位偏移。使用基本的控制模塊分析方法，可得到以下輸出表達(dá)式：

　　由等式1可知，噪聲項En（s）與一個高通濾波器函數(shù)（噪聲傳遞函數(shù)）相乘，而輸入項VIN（s）與一個低通濾波器函數(shù)（信號傳遞函數(shù)）相乘。噪聲傳遞函數(shù)的高通濾波器對D類放大器的噪聲進(jìn)行整形。如果輸出濾波器的截止頻率選取得當(dāng)，大部分噪聲會被推至帶外（見圖1右上角坐標(biāo)糸統(tǒng)）。上述例子使用的是1階噪聲整形器，而多數(shù)現(xiàn)代D類放大器采用高階噪聲整形拓?fù)?，以便進(jìn)一步優(yōu)化線性度和電源抑制特性。