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如何应对D类音频应用中的电磁干扰问题

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电磁干扰(EMI)是指电路受到了来自外部的非预期性电磁辐射干扰。这种干扰可以中断、阻碍或降低电路的性能表现。在现今的便携式消费电子设备设计中，空间已跃升为第一要素。设计师经常需要移除外壳或屏罩，并且通过更加严谨的电路隔离来抑制EMI和噪声。毫无疑问，较小的空间和更多的功能增加了电路板的密度，此外还需要考虑圆片级封装和微型电路设计规范，因此EMI问题更加值得关注。

EMI包含有两个方面：放射和电磁耐受性。放射是指哪些设备会产生辐射噪声。电磁耐受性是指哪些设备会受到其它设备的电磁波影响。在稍候的篇幅中，我们将会多讨论一些有关电磁耐受性的问题。因为如果能有效地控制电磁放射，那么处理后续的电磁耐受性就变得相对容易了。放射一般来说大体分为辐射性放射和传导性放射两类。辐射性放射来自电路板、走线或电线，以电磁波的形态经大气传播影响附近的接收器。需要注意的是“接收器”可泛指任何因外来电磁能量干扰而影响其运行的电路。例如，PCB走线或IC的引线。传导性放射是指能量经电线或电缆逃脱或传导出来。传导性放射可以直接影响电路性能，或者转化为辐射性放射。

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图1：波长和频率之间的物理关系

要了解两种放射，我们必须对天线有一定的了解。图1所示波长和频率之间的物理关系。一根天线的有效长度必须达到波长的四份之一。如果在大气中，其介电特性为1。那么在FR4或玻璃环氧电路板中，其介电特性便会降低至4.8。因此信号一旦到达FR4的电介质梯度，其传播走线就会变慢。于是会引起“波长缩减”效应。例如，一个200MHz的信号在大气中的四分之一波长为16.7cm，如果在内层的电路板走线，那么波长就变为16.7/4.8(1/2)=7.6cm。

即使PCB走线的长度短于波长的四分之一，仍可以是有效的天线，能够同时增强放射性和电磁耐受性。除了内层外，表面的走线也可表现出波长缩减效应。因为电介质的一面已足可改变传递的整个介电特性。

PCB走线等非意愿天线(unintended antenna)，可以说是数字系统中辐射噪声背后的黑手。从辐射性放射的角度考虑，我们可发现D类音频放大器本质上可被看作成一个数字系统。电磁学中一个关键原理是电磁互易(reciprocity)，因为电流的流动可产生一个电场，并且电通量的变化可引发电流的流动。按照这个原理，一条天线既可以用来接收电磁信号也可以用来发送电磁信号。假如非意愿天线受到噪声电流的刺激，而其长度接近波长的四分一接近时，此时便会产生辐射性放射。

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图2：常用的天线设计

如图2所示，常用的天线设计有两种：偶极天线和鞭形天线。一个有趣的事实是鞭形天线本身就是半条偶极天线，水平接地经感应后，鞭形天线可成为另外的半条偶极天线。众所周知，天线的作用是通过电气能量的辐射来发送和接收信号。不过，如图3所示，PCB中的非意愿天线可包括：长走线；通路；元件的引线和接脚；无载电路板的连接器和插座。

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