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在D类音频放大器中管理EMI

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EMI – 基本概念

电磁干扰（EMI）是外部的电磁辐射在电路中造成的有害干扰。这种干扰会中断、阻塞或者降电路的有效性能。在当今的便携式和消费类应用中，设备内的空间成为设计的优先考虑因素，经常要求工程师省略封闭部件和屏蔽罩，并通过其它方法, 诸如在电路级形成良好的隔离来抑制EMI和噪声。更小的空间和更高的功能要求采用高密度PCB，并且带超小型PCB设计规则的晶圆级封装的应用使EMI问题变得更加重要。

EMI包括两个方面。发射是指设备产生发射噪声的程度。敏感度是指其它电磁波的发射对设备的影响程度。提高设计师对有害发射的控制程度也会有助于提高系统不易受干扰的性能。发射通常可分为辐射和传导两类。辐射不通过电路板，迹线或者导线，而是通过电磁波的形式传播，对邻近的接收器造成干扰。需重视的是“接收器”是指任何由于接收电磁能量而使工作受到负面影响的电路，例如PCB迹线或IC的引脚。传导是指通过导线或电缆传导至电路之外的散逸能量。传导可能会直接造成问题或者本身再以辐射的形式出现。

为了理解辐射，了解天线很重要。如图1所示，众所周知的波长和频率间的物理关系为：

图1. 波长作为频率的函数

作为一个高效率天线的最短长度要求为λ/4。介质为空气时，介电常数为1，但在以FR4或者玻璃环氧材料的PCB中，介电常数约为4.8。一旦到达FR4材料产生的介电梯度，此效应会造成信号在迹线上传输变慢，本质上会造“波长缩短”效应。例如，一个200 MHz信号在空气中传输的四分之一波长为16.7 cm。

即使在长度短于λ/4的情况下PCB迹线仍可用作全向天线，会同时增加辐射和易受干扰性。表面迹线也表现出波长缩短效应，因为介质的一侧可改变传输线的总介电常数。全向天线，如PCB迹线，是数字系统中导致辐射噪声的真正作佣者。正如所见，从辐射的角度来看，D类音频放大器在本质上是一个数字系统。电磁学的一个基本原理是互感。电流可以产生电场，电通量中的变化可感应出电流。类似地，接收良好的天线同样能执行较好的发射功能。如果全向天线的尺寸接近频率波长的四分之一，在该频率处天线被噪声电流激发，则可预期会产生辐射。

图2. 通用天线

有两种通用的天线设计，简单的偶极天线和鞭状天线，如图2所示。可看的有趣现象是鞭状天线实际上是偶极子的一
半，而实际上水平接地端被感应为偶极子的另一半。通过电能的辐射，天线可以发送和接收信号。但是，如图3所示，在电路板上的全向天线包括：
• 长迹线
• 通孔
• 器件的引线和引脚
• PCB电路板上未使用的连接器和排针

图3. 在PCB中的全向天线

一个未加终接的表面迹线或者一个未加终接的埋线会成为一个全向的鞭状天线。如果版图布局较差，在不同射频电
势处的迹线段会形成全向偶极天线。而且，若PCB层本身被耦合到电场中，PCB的传导层会作为偶极天线的另一端。