應(yīng)用注釋D類放大器用推薦產(chǎn)品(噪音濾波器、LPF用電感器、帶ESD保護(hù)功能的陷波濾波器)

用于智能手機(jī)及音響設(shè)備等的D類放大器擁有小型、高效率的特點(diǎn)，其對(duì)于抑制伴隨高速開關(guān)而產(chǎn)生的噪聲對(duì)策是不可或缺的。TDK擁有能夠在不影響信號(hào)，且保持高音質(zhì)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)高效抑制噪音的各類產(chǎn)品。本報(bào)道中針對(duì)配備有D類放大器的各類設(shè)備在揚(yáng)聲器線中的使用示例與效果進(jìn)行介紹。

目錄

同時(shí)用于AI揚(yáng)聲器等的D類放大器

揚(yáng)聲器線的噪音對(duì)策概要

各應(yīng)用中的產(chǎn)品效果

面向D類放大器揚(yáng)聲器線的運(yùn)用指南

同時(shí)用于AI揚(yáng)聲器等的D類放大器

智能手機(jī)及AI揚(yáng)聲器等需要依靠電池進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間驅(qū)動(dòng)以及要求小型化的揚(yáng)聲器用音響放大器中采用了擁有小型、高效率特點(diǎn)的D類放大器。
AI揚(yáng)聲器的基本方框圖如圖1所示。

圖1AI揚(yáng)聲器(智能揚(yáng)聲器)的基本方框圖

在要求高音質(zhì)的音響設(shè)備中，插入揚(yáng)聲器線中的噪音濾波器特性極為重要。同時(shí)，D類放大器的輸出段LPF(低通濾波器)中所使用的電感器特性也會(huì)對(duì)音質(zhì)產(chǎn)生影響。
本報(bào)道中以用于智能手機(jī)、AI揚(yáng)聲器、平板電腦以及各類音響設(shè)備等的D類放大器揚(yáng)聲器線中的噪音對(duì)策為中心進(jìn)行解說。

揚(yáng)聲器線的噪音對(duì)策概要

TDK擁有最適合用于抑制揚(yáng)聲器線噪音的噪音濾波器MAF系列(積層型)以及VAF系列(繞組型)。LPF用電感器推薦使用配備高特性鐵氧體材料的LPF用電感器VLS-AF系列。
另外，揚(yáng)聲器線還會(huì)采取ESD（靜電）措施。具有ESD保護(hù)功能的陷波濾波器部件，不僅有很高的降噪效果，還能保護(hù)電路免受ESD影響。 為此，其擁有在1個(gè)元件中同時(shí)實(shí)現(xiàn)ESD對(duì)策及噪音對(duì)策的優(yōu)點(diǎn)。

通過將這些產(chǎn)品用于D類放大器的揚(yáng)聲器線中，可有效實(shí)現(xiàn)確保高音質(zhì)、抑制輻射噪音以及ESD對(duì)策等效果。其基本方法總結(jié)如下。

對(duì)象設(shè)備:智能手機(jī)等(揚(yáng)聲器輸出100mW~2W等級(jí))

在揚(yáng)聲器輸出較小的智能手機(jī)等揚(yáng)聲器線中，無(wú)LPF的D類放大器為主流產(chǎn)品，通過插入噪音濾波器MAF可有效抑制噪音(圖2)。

圖2使用噪音濾波器MAF的對(duì)策

對(duì)象設(shè)備:AI揚(yáng)聲器、平板電腦、音響設(shè)備等(揚(yáng)聲器輸出2W~20W等級(jí))

在揚(yáng)聲器輸出2W~20Ｗ等級(jí)的AI揚(yáng)聲器、平板電腦、音響設(shè)備等中需要外接LPF用電感器。LPF用電感器VLS-AF系列同時(shí)還擁有抑制輻射噪音的效果(圖3)。

圖3使用LPF用電感器VLS-AF的對(duì)策

在使用LPF用電感器VLS-AF的同時(shí)使用噪音濾波器VAF進(jìn)一步提升效果 (圖4)。

圖4使用LPF用電感器VLS-AF與噪音濾波器VAF的對(duì)策

各應(yīng)用中的產(chǎn)品效果

以下就各應(yīng)用中的產(chǎn)品效果進(jìn)行具體說明。

輸出100mW~2W等級(jí)的揚(yáng)聲器線中噪音濾波器MAF系列的效果

D類放大器開關(guān)引起的高頻噪音會(huì)通過揚(yáng)聲器線變?yōu)檩椛湓胍舴懦觥?br /> 最為簡(jiǎn)單的對(duì)策便是將片狀磁珠插入揚(yáng)聲器線中的方法。然而，雖然片狀磁珠對(duì)抑制輻射噪音有效，但存在使信號(hào)波形產(chǎn)生失真，從而導(dǎo)致音頻失真的問題。片狀磁珠中難以在抑制噪音的同時(shí)確保高音質(zhì)。

噪音濾波器不會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生影響

因此便誕生了采用獨(dú)家開發(fā)的低失真鐵氧體，并作為音頻線用噪音濾波器進(jìn)行產(chǎn)品化的MAF系列以及VAF系列。
兩款產(chǎn)品均實(shí)現(xiàn)了低Rdc(直流電阻)與高額定電流，最適合用于需要大電流的揚(yáng)聲器線。插入產(chǎn)品后可在不產(chǎn)生音頻失真等問題的狀態(tài)下發(fā)揮優(yōu)異的抑制輻射噪音的效果。

片狀磁珠與噪音濾波器在聲像定位及聲場(chǎng)感中擁有明顯差異

音頻線中音頻失真的程度一般以THD+N(Total Harmonic Distortion + Noise：總諧波失真＋噪音)這一數(shù)值表示，數(shù)值越小則表示音質(zhì)越好。
圖5所示為D類放大器(無(wú)LPF)的揚(yáng)聲器線中片狀磁珠與噪音濾波器MAF的對(duì)輸出THD+N特性與輸出信號(hào)的頻率光譜測(cè)量示例。

図5片狀磁珠與MAF的對(duì)輸出THD+N特性與頻率光譜測(cè)量示例

片狀磁珠中，隨著輸出的提升，THD+N值會(huì)上升，但在MAF中則會(huì)表現(xiàn)出與沒有濾波器狀態(tài)相同的THD+N特性。這意味著即使提高輸出也不會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生影響，同時(shí)不會(huì)引起音頻失真。將其通過輸出信號(hào)(1kHz)的頻率光譜進(jìn)行確認(rèn)后發(fā)現(xiàn)，高次諧波等級(jí)在片狀磁珠中明顯偏高，其高次諧波成分則會(huì)表現(xiàn)為失真。與此相對(duì)，MAF則與沒有濾波器的狀態(tài)處于相同等級(jí)，因此聽到的只是原本的信號(hào)1kHz。
插入片狀磁珠后在起到抑制輻射噪音效果的同時(shí)，也會(huì)造成信號(hào)失真，從而導(dǎo)致音質(zhì)降低。

實(shí)際上，通過比較使用片狀磁珠以及使用噪音濾波器MAF系列時(shí)的高音質(zhì)音源可以發(fā)現(xiàn)，聲像定位與聲場(chǎng)感擁有明顯差異。因此，在智能手機(jī)等揚(yáng)聲器線中使用MAF系列是抑制噪音、確保高音質(zhì)的較佳解決方案。

MAF的輻射噪音抑制效果如圖6所示。通過使用MAF，無(wú)濾波器時(shí)的噪音強(qiáng)度被抑制至與D類放大器OFF時(shí)相同的等級(jí)。

圖6MAF的輻射噪音抑制效果

[相關(guān)頁(yè)面]使用噪音濾波器的音頻線解決指南

輸出2W~20W等級(jí)的揚(yáng)聲器線中LPF用電感器VLS-AF系列的效果

低THD+N特性，高音質(zhì)LPF用電感器VLS-AF系列

用于LPF中的電感器會(huì)插入到揚(yáng)聲器線中，因此避免對(duì)信號(hào)產(chǎn)生影響至關(guān)重要。VLS6045AF是使用了鐵氧體的繞組型磁屏蔽結(jié)構(gòu)LPF用電感器，其擁有低Rdc(直流電阻)與應(yīng)對(duì)大電流的特點(diǎn)。

圖7所示為VLS6045AF與金屬電感器的對(duì)輸出THD+N特性以及輸出信號(hào)頻率光譜的測(cè)量示例。
金屬電感器是以金屬磁性材料為磁芯的電感器，其擁有應(yīng)對(duì)大電流的特點(diǎn)，因此主要作為電源電路的功率電感器進(jìn)行使用。然而，金屬電感器的THD+N值會(huì)隨著輸出的提高而上升。而VLS6045AF的THD+N值只會(huì)產(chǎn)生微小變化，因此插入后幾乎不會(huì)產(chǎn)生影響。

同時(shí)，金屬電感器的頻率光譜中，輸出信號(hào)(1kHz)的高次諧波等級(jí)明顯偏高，而VLS6045AF的高次諧波等級(jí)則較低，接近無(wú)濾波器時(shí)的水平。

圖7VLS6045AF與金屬電感器的對(duì)輸出THD+N特性以及頻率光譜的測(cè)量示例

VLS6045AF的輻射噪音抑制效果如圖8所示。在大頻率范圍內(nèi)輻射噪音得到大幅抑制，同時(shí)通過了CISPR Class B標(biāo)準(zhǔn)的限度値。

圖8VLS6045AF的輻射噪音抑制效果示例

?LPF用電感器VLS-AF系列

輸出2W~20W等級(jí)的揚(yáng)聲器線中噪音濾波器VAF系列的效果

VAF系列是面向輸出2W～20W音頻線進(jìn)行產(chǎn)品化的噪音濾波器。
圖9所示為片狀磁珠與VAF201610FA的對(duì)輸出THD+N特性以及頻率光譜的測(cè)量示例。
片狀磁珠中，隨著輸出的提升，THD+N值會(huì)上升，但在VAF中則表現(xiàn)出與沒有濾波器狀態(tài)幾乎相同的特性，并未因插入而產(chǎn)生失真。
即使觀察輸出信號(hào)(1kHz)的頻率光譜，使用片狀磁珠時(shí)，高次諧波等級(jí)極高，但在VAF中則幾乎與沒有濾波器的情況處于相同等級(jí)。從這些結(jié)果中可以看出，通過將揚(yáng)聲器線中的濾波器從片狀磁珠替換為VAF后可減少失真，并且在提升音質(zhì)方面擁有很好的效果。

圖9VAF201610FA的對(duì)輸出THD+N特性以及頻率光譜的測(cè)量示例

VLS-AF與VAF的組合可發(fā)揮優(yōu)異的輻射噪音抑制效果

圖10所示為VAF201610FA系列的阻抗-頻率特性以及同時(shí)使用VLS-AF與VAF的噪音抑制效果。
噪音強(qiáng)度-頻率特性圖表所示為只使用VLS-AF以及同時(shí)使用VLS-AF與VAF時(shí)D類放大器的揚(yáng)聲器線輻射噪音強(qiáng)度測(cè)量示例。只使用VLS-AF時(shí)，距離達(dá)到CISPR Class B標(biāo)準(zhǔn)(紅色虛線)尚有一點(diǎn)距離，但同時(shí)使用VLS-AF與VAF時(shí)，100MHz～400MHz頻帶中的噪音強(qiáng)度出現(xiàn)顯著降低。
這是因?yàn)閂AF在100MHz～400MHz的頻帶中擁有較高的阻抗，因此最適合用于抑制D類放大器的噪音。

圖10VLS2016FA的阻抗-頻率特性以及同時(shí)使用VLS-AF與VAF的噪音抑制效果

·噪音濾波器VAF系列

輸出2W~20W等級(jí)的揚(yáng)聲器線中VLS-AF+VAF+帶ESD保護(hù)功能的陷波濾波器AVRF組合的效果

在輸出2W~20W等級(jí)的揚(yáng)聲器線中，VLS-AF與VAF的組合能夠有效地抑制輻射噪音，但若配合使用帶ESD保護(hù)功能的陷波濾波器則能進(jìn)一步提高該效果。

插入帶ESD保護(hù)功能的陷波濾波器后也不會(huì)對(duì)音質(zhì)產(chǎn)生不良影響

具有ESD保護(hù)功能的陷波濾波器，是具有高效降噪效果且可以保護(hù)電路免受ESD（靜電放電）影響的零部件。 帶ESD保護(hù)功能的陷波濾波器表現(xiàn)為雙向TVS二極管(齊納二極管)與并聯(lián)電容器的等效電路。除了在將侵入的ESD等旁通至地面的情況之外，其主要發(fā)揮電容器的作用，因此通過在揚(yáng)聲器線中與VLS-AF及VAF同時(shí)使用，可進(jìn)一步提升抑制噪音的效果。

圖11中比較了同時(shí)使用VLS-AF(LPF用)、VAF、帶ESD保護(hù)功能的陷波濾波器AVRF的電路的對(duì)輸出THD+N特性，以及無(wú)濾波器、VLS-AF、VLS-AF+AVRF、VLS-AF+VAF+AVRF的各類組合的輻射噪音抑制效果。
從圖11的噪音抑制效果比較圖表可以看到，在與VLS-AF同時(shí)使用VAF或帶ESD保護(hù)功能的陷波濾波器AVRF的情況下，THD+N特性幾乎沒有差異，沒有對(duì)音質(zhì)造成不良影響，而同時(shí)使用帶ESD保護(hù)功能的陷波濾波器AVRF時(shí)，輻射噪音得到了大幅抑制。
為此，帶ESD保護(hù)功能的陷波濾波器AVRF不僅可用于抑制ESD，同時(shí)還可提高輻射噪音的抑制效果，因此同時(shí)使用VLS-AF+VAF+AVRF是能夠帶來各種優(yōu)勢(shì)的最佳解決方案。

圖11 同時(shí)使用VAF、LPF、帶ESD保護(hù)功能的陷波濾波器的噪音抑制效果

面向D類放大器揚(yáng)聲器線的運(yùn)用指南

可運(yùn)用于D類放大器揚(yáng)聲器線中的LPF用電感器VLS-AF系列與噪音濾波器MAF系列及VAF系列的運(yùn)用指南如圖12所示。請(qǐng)配合揚(yáng)聲器輸出及應(yīng)用使用產(chǎn)品。

圖12D類放大器揚(yáng)聲器線用推薦產(chǎn)品(VLS-AF系列、MAF/VAF系列)的運(yùn)用指南

運(yùn)用指南:LPF用電感器VLS6045AF系列

運(yùn)用指南：噪音抑制濾波器MAF/VAF系列

[相關(guān)頁(yè)面]噪音濾波器選型指南

對(duì)麥克風(fēng)、頭戴式耳機(jī)、揚(yáng)聲器的ESD對(duì)策與噪音對(duì)策擁有顯著效果的帶ESD保護(hù)功能的陷波濾波器AVRF系列的運(yùn)用指南如圖13所示。

圖13麥克風(fēng)、頭戴式耳機(jī)、揚(yáng)聲器線用帶ESD保護(hù)功能的陷波濾波器的推薦產(chǎn)品運(yùn)用指南

運(yùn)用指南：帶ESD保護(hù)功能的陷波濾波器AVRF系列

審核編輯：彭菁