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)計的一個重要課題，其重要性等同于手機、MP3播放器以及筆記本電腦中音頻設(shè)計的PSRR、THD+N及SNR等參數(shù)。藍牙作為無線串行電纜的替代品，在移動產(chǎn)品中廣泛用于耳機與麥克風(fēng)。無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)采用的是IEEE802．1lb／g協(xié)議，這在個人計算機和筆記本電腦中已經(jīng)成為實際標(biāo)準(zhǔn)。基于GSM、PCS以及DECT技術(shù)的時分多址(TDMA)多路復(fù)用方案是一個相當(dāng)大的射頻干擾源。對于當(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對系統(tǒng)信號完整性的沖擊逾加關(guān)注。

音頻放大器可以對射頻載波信號檢波，并在輸出端口重新產(chǎn)生被調(diào)制信號及其諧波成份。其中部分頻率會落到音頻頻帶內(nèi)，從而通過揚聲器中發(fā)出“嗡嗡”聲。為了避免該問題，系統(tǒng)設(shè)計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)計要求。本文介紹如何通過PCB設(shè)計改善系統(tǒng)的射頻抑制能力，在音頻放大器設(shè)計中以MAX9750為例進行探討，為設(shè)計師在板級優(yōu)化音頻放大器的射頻抑制提供設(shè)計參考。

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估板，則可利用評估板確定各個引腳對射頻的敏感性。在系統(tǒng)中選擇一個敏感頻率：例如，WLAN應(yīng)用中的2．4GHz。由天線理論可知：長度約為1．2英寸的引線(2．4GHz射頻信號的1／4波長)在2．4GHz是效率最高的天線。

1＝c／(4*f)

這里1=長，c=3x10⁸，f＝頻率。

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

最后一次測試為衡量放大器的性能提供了一個參考。將該結(jié)果與之前的一系列測試進行比較。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引腳在敏感頻點的射頻抑制較差，PCB設(shè)計須首先考慮限制BIAS引腳與去耦電容之間的引線距離。如果縮短引線長度后仍有明顯的射頻檢波干擾，則考慮在放大器的這個引腳增添一個較小的旁路電容(10pF到10(OF)到地。電容阻抗能夠在敏感頻點產(chǎn)生一個陷波濾波(本例為2．4GHz)，參照圖1B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降低(X_C，l／[2πxfxC)。然而，理想電容在現(xiàn)實生活中并不存在，非理想電容模型(圖1B)的阻抗在諧振點達到最小值，隨著頻率的增加阻抗升高。頻率大干f₀時，呈感性(x_C=2πxfxL)。此時PCB引線如同串聯(lián)了一個電感，從而使工作狀況變得更糟。對于一個用作濾波器的電容，工作在接近或高于其諧振頻點的頻率時會產(chǎn)生一個非常差的結(jié)果。然而，如果電容用來將高頻信號旁路到地，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度小于系統(tǒng)射頻信號的1／4波長。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、耳機放大器的IC，下面以該放大器為例介紹了對射頻噪聲的控制。工程評估結(jié)果顯示有9個引腳對射頻較為敏感：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度降低3倍，并在左、右聲道輸入引腳兩側(cè)布上地線，可進一步提高MAX9750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

音頻放大器RF抑制能力會對系統(tǒng)信號的完整性產(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。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信號對系統(tǒng)的干擾。