音頻放大器應(yīng)用中如何提高射頻抑制能力

引言

射頻(RF)抑制(RFI)已經(jīng)成為當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要課題，其重要性等同于手機(jī)、MP3播放器以及筆記本電腦中音頻設(shè)計(jì)的PSRR、THD+N及SNR等參數(shù)。藍(lán)牙作為無線串行電纜的替代品，在移動(dòng)產(chǎn)品中廣泛用于耳機(jī)與麥克風(fēng)。無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)采用的是IEEE802．1lb／g協(xié)議，這在個(gè)人計(jì)算機(jī)和筆記本電腦中已經(jīng)成為實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。基于GSM、PCS以及DECT技術(shù)的時(shí)分多址(TDMA)多路復(fù)用方案是一個(gè)相當(dāng)大的射頻干擾源。對(duì)于當(dāng)前到處充滿RF干擾的工作環(huán)境，電路的RF敏感性以及RF對(duì)系統(tǒng)信號(hào)完整性的沖擊逾加關(guān)注。

音頻放大器可以對(duì)射頻載波信號(hào)檢波，并在輸出端口重新產(chǎn)生被調(diào)制信號(hào)及其諧波成份。其中部分頻率會(huì)落到音頻頻帶內(nèi)，從而通過揚(yáng)聲器中發(fā)出“嗡嗡”聲。為了避免該問題，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必須全面理解所選放大器IC的參數(shù)限制以及相關(guān)的PCB設(shè)計(jì)要求。本文介紹如何通過PCB設(shè)計(jì)改善系統(tǒng)的射頻抑制能力，在音頻放大器設(shè)計(jì)中以MAX9750為例進(jìn)行探討，為設(shè)計(jì)師在板級(jí)優(yōu)化音頻放大器的射頻抑制提供設(shè)計(jì)參考。

射頻噪聲源

良好的電路板布局首先需要確定耦合射頻噪聲的來源，如果音頻放大器提供有評(píng)估板，則可利用評(píng)估板確定各個(gè)引腳對(duì)射頻的敏感性。在系統(tǒng)中選擇一個(gè)敏感頻率：例如，WLAN應(yīng)用中的2．4GHz。由天線理論可知：長(zhǎng)度約為1．2英寸的引線(2．4GHz射頻信號(hào)的1／4波長(zhǎng))在2．4GHz是效率最高的天線。

1＝c／(4*f)

這里1=長(zhǎng)，c=3x10⁸，f＝頻率。

截出一段1．2英寸長(zhǎng)的金屬線，將其直接焊接到IC的一個(gè)引腳。測(cè)量敏感頻點(diǎn)(2．4GHz 10％)處的射頻抑制指標(biāo)。反復(fù)進(jìn)行測(cè)量，并確保每次測(cè)量時(shí)設(shè)置的一致性。完成每個(gè)引腳的測(cè)試后，最后測(cè)試引腳沒有連接天線(1．2英寸金屬線)時(shí)IC的RF抑制指標(biāo)。

最后一次測(cè)試為衡量放大器的性能提供了一個(gè)參考。將該結(jié)果與之前的一系列測(cè)試進(jìn)行比較。通過比較可以確定射頻檢波最敏感的引腳。給出這些數(shù)據(jù)后，就可以優(yōu)化PCB布局，以便降低耦合到放大器的射頻噪聲。

電容的作用

以所選IC的偏置引腳為例，假定所選器件的BIAS引腳在敏感頻點(diǎn)的射頻抑制較差，PCB設(shè)計(jì)須首先考慮限制BIAS引腳與去耦電容之間的引線距離。如果縮短引線長(zhǎng)度后仍有明顯的射頻檢波干擾，則考慮在放大器的這個(gè)引腳增添一個(gè)較小的旁路電容(10pF到10(OF)到地。電容阻抗能夠在敏感頻點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)陷波濾波(本例為2．4GHz)，參照?qǐng)D1B電容模型(C1)的阻抗特性曲線。

如果C1為理想電容，隨著頻率的增加阻抗會(huì)降低(X_C，l／[2πxfxC)。然而，理想電容在現(xiàn)實(shí)生活中并不存在，非理想電容模型(圖1B)的阻抗在諧振點(diǎn)達(dá)到最小值，隨著頻率的增加阻抗升高。頻率大干f₀時(shí)，呈感性(x_C=2πxfxL)。此時(shí)PCB引線如同串聯(lián)了一個(gè)電感，從而使工作狀況變得更糟。對(duì)于一個(gè)用作濾波器的電容，工作在接近或高于其諧振頻點(diǎn)的頻率時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)非常差的結(jié)果。然而，如果電容用來將高頻信號(hào)旁路到地，電容的諧振頻率將非常有用。

控制輸入引腳噪聲

音頻放大器的輸入引腳通常是耦合射頻噪聲的來源，需確保輸入引腳的布線長(zhǎng)度小于系統(tǒng)射頻信號(hào)的1／4波長(zhǎng)。使用良好的接地也可以降耦合到輸入引腳的RF噪聲。在IC的輸入引線兩側(cè)布上地線，將有助于隔離高頻信號(hào)與音頻放大器的輸入。MAX9750是一款包含有音頻功率放大器、耳機(jī)放大器的IC，下面以該放大器為例介紹了對(duì)射頻噪聲的控制。工程評(píng)估結(jié)果顯示有9個(gè)引腳對(duì)射頻較為敏感：INL、INR、BIAS、VOL、BEEP、OUTL+、OUTR+、OUTL—以及OUTR-。在BIAS引腳增加一個(gè)33pF的旁路電容可以將射頻抑制提高3．6dB。將輸入引腳的引線長(zhǎng)度降低3倍，并在左、右聲道輸入引腳兩側(cè)布上地線，可進(jìn)一步提高M(jìn)AX9750的射頻抑制(圖2)。也可以在電路板上使用成本較高的方法改善RF抑制，例如，在對(duì)射頻敏感度較高的引腳增加LC濾波器或低等效串聯(lián)電阻的電容。這些方法很有效，但成本很高。如果識(shí)別出射頻噪聲源并且掌握其特性，則可避免使用高成本方案。

結(jié)語(yǔ)

音頻放大器RF抑制能力會(huì)對(duì)系統(tǒng)信號(hào)的完整性產(chǎn)生影響。如果能夠了解問題的根源，可以采取規(guī)避措施消除射頻檢波信號(hào)。總體上說，要保持輸入、輸出、偏置以及電源引線小于系統(tǒng)射頻波長(zhǎng)的1／4。如果需要更高的射頻抑制能力，可以在IC引腳直接添加一個(gè)小尺寸旁路電容，在RF敏感度較高的引腳周圍使用地線隔離。最后，還需在物理位置上將具有較高射頻能量的模塊遠(yuǎn)離高靈敏度的音頻放大器。采用上述措施可大大消除RF信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的干擾。