所有世界市場上的電子產品在銷售給大眾之前，都要進行某種EMI/EMC測試，來證明其不會產生干擾，或者不會被其它設備干擾。出于測試目的，這些產品被分成兩類：主動輻射體和非主動輻射體。例如，手機和對講機就會主動輻射能量，而電視機、電腦或者筆記本電腦則不會。
取決于產品種類和所涉及的中介不同，EMI/EMC測試的要求也有不同，但還是可以大致分為兩大類：
?干擾性測試：限定了某產品能輻射或者傳導的振幅和頻率，從而使其不會對其它設備產生干擾；
?抗干擾性測試（也叫免疫性測試）：限定了會干擾其它設備以及發出輻射的輻射信號和傳導信號的振幅和頻率。
一個設備發出EMI的方式有兩種：傳導和輻射。這些都是相關的，因為所有的輻射EMI都是由電流而產生，但并不是所有的電流都會產生輻射。因此，首先要研究和抑制輻射干擾問題，然后再處理傳導干擾問題。
在這兩者中，輻射更難預測和抑制，因此是造成大多數非主動輻射體產品EMI測試失敗的原因。在此我們將集中解決產品中普遍帶有的音頻/視頻接口的輻射干擾問題。要滿足EMI/EMC規則所規定的限度可以有很多方法，但是他們大都可以被納入屏蔽和過濾兩大類。
在實際操作中，這兩大類方法都要與特殊應用方法相結合，來實現一個總的EMI方案。例如，在很多產品中都會有一個金屬底盤來屏蔽輻射，以及LC或RC濾波器來降低入線和出線的傳導干擾。另外，我們還可以“高頻抖動”一個時鐘來擴展其頻譜，以及降低某個特別應用所要求的過濾或者屏蔽的等級。
如果一個產品的性能得到了初步認證，它就會被拿到一個正規實驗室進行正規測試，如果通過了測試，那就可以投入銷售了。如果不能通過測試，那問題就來了。如果有問題，那么即便是一個小小的改變也會需要很長時間，而且會推遲產品的上市，因為所有國際和國內市場都要求產品通過EMI/EMC測試。因此，如果是某個視頻產品，其EMI設計將不得不犧牲視頻的性能，來確保該產品能夠通過測試。而為了通過測試，又需要考慮物理尺寸和組件成本，從而使得這一現象在現代設計中更為嚴重。
在產品尺寸最小化而性能期望值卻最高化的現代音頻－視頻模擬接口領域，這一點體現的尤為明顯。要解決這一問題，第一步就是找到EMI/EMC測試失敗最多的地方，然后在此基礎上找到可能的解決辦法。
測試失敗的原因所在
EMI/EMC測試的失敗發生在一個產品設計過程中的最薄弱的地方，在這種情況下，會有一個信號(以及干擾)進入或者離開產品的屏蔽或者過濾結構。對于某個設備的音頻/視頻接口，最薄弱的地方就是將該設備與其它設備連接并作為天線使用的連接線纜。對于電腦來說，將顯示器和揚聲器連接到電腦的連接線是最容易收到干擾的，也是在EMI/EMC測試中最容易產生問題的地方。
我們可能會認為只有涉及到大帶寬的視頻接口才會有這樣的情況，而低頻率的音頻接口應該不會有這種問題，但真的是這樣嗎？這只有在過去A類音頻放大器中才會成立，而目前所用的高頻D類放大器都帶有高頻轉換信號，如果沒有適當屏蔽或者過濾，它們也會在EMI測試中產生問題。
在過去，大型外置濾波器和屏蔽線纜都可以解決這些問題，成本也不高，但卻讓產品性能大打折扣，而且增大了產品的體積。隨著這些產品縮減尺寸，并發展到現代的音頻和視頻播放器，這些方案必須減小尺寸，同時又要保持甚至改進性能。為了實現這一目的，MAX9511圖像視頻接口和MAX9705 D類音頻放大器等芯片都紛紛被開發出來，來在縮減尺寸的同時確保EMI性能。
為了展示這一目的是如何達到的，我們來看看一臺普通電腦的音頻和顯示器接口，以及其通過這些小尺寸的設備達到的EMI性能。首先，我們要了解音頻/視頻接口設計要解決的不同的EMI問題，以及解決的方法。
視頻接口和EMI
電腦普遍采用的視頻方式，也就是我們所說的“顯卡”，和電視的是不一樣的。它帶有紅、綠、藍(RGB)模擬視頻信號，以及由水平和垂直同步和DDC組成的單獨邏輯信號，這些信號的上升和下降時間都很快。電腦一般都采用一個高密度D-subminiature連接器作為視頻連接器，將顯示器和主機相連。如圖1。
圖1: 典型的VGA連接以及產生輻射EMI的信號(點擊放大圖)
盡管這個方案已經結合了視頻信號屏蔽和共模扼流圈來降低輻射和傳導EMI，但還是需要再增加過濾這一環節，才能夠確保滿足EMI要求。
為了以最可能高的分辨率復制“開”“關”象素的棋盤狀圖案，廣播視頻領域也會采用類似的過濾來從電視圖像中消除贗樣鋸齒，但不是電腦圖像。因此，為了實現最好的顯示性能，我們都想希望帶寬越大越好，但是在實際中，EMI性能和視頻性能卻無法兼得，因此只好犧牲視頻帶寬。對于多信號視頻接口，這是由多個原因造成的。
例如，當你過濾這些視頻時，會產生一個時間延遲，而如果RGB視頻通道不能和時序緊密匹配，那么在圖像的邊緣就會產生“散射”這樣的問題。為了避免這一現象，視頻通道的群延遲和群延遲匹配必須得到很好的控制。RGB視頻很容易受到這兩種因素的影響。
為了實現最好的性能，群延遲必須隨頻率保持一致，通道之間組延遲匹配最小要保持在±1/2個象素時間之內。如果匹配能有如此緊密，那么同步信號也必須跟蹤通道延遲，這樣才能正確地構成圖像。如果這樣做，我們又還要解決多個分辨率的問題，電腦的顯示器就可以做到這一點。
在此應用中，要通過一個固定頻率濾波器來優化性能是很難的。因為如果我們在最低分辨率情況下設計濾波器來抑制EMI，濾波器的阻帶可能會介入到高分辨率格式的信號帶寬中，從而對其性能產生不利影響。而如果是為了最高分辨率而設計，你可能也滿足不了EMI要求。
很顯然，最好的方案就是一個頻率響應能夠跟蹤所用的顯示分辨率的“可調”濾波器，但是這又增加了成本，而且可能增加產品尺寸。另外，同步和DDC驅動的快速升降時間對于EMI性能也仍然重要，因此在任何完整的EMI方案中，都要把這些考慮在那。當然，還有一些很久以來就存在的問題，例如為了滿足即插即用要求而由視頻DAC進行的負載檢測。
MAX9511就可以滿足所有這些要求，圖2顯示了一個利用MAX9511的高分辨率圖形板輸出的典型前后性能，并將之和在原始輸出上使用一個LC濾波器的方案做了對比。
圖 2: 三種輻射情況(點擊放大圖)
音頻和EMI
要在不產生EMI的情況下達到效率和性能，音頻有一系列不同的問題。在便攜式應用中，我們希望將電池壽命越長越好，但又不希望低效設計產生熱量，因此我們廣泛使用D類音頻放大器。
問題是D類放大器運用PWM來實現高效率，這一點和交換式電源供應器很類似。將未屏蔽揚聲器的連接線接到輸出上，會使其像天線那樣輻射EMI。盡管時鐘頻率高于音頻頻譜，一般是在300 kHz 到1 MHz，但它是一個諧波含量很大的方波，而且用來消除諧波的濾波器又大又昂貴。因此，就因為尺寸原因，在便攜式應用如筆記本電腦中，這不是一個可行的方案。
一般的設計拓撲也起不到作用。要將輸出音頻功率最大化，便攜式設備只有采用一個輸出連接，我們稱為橋接式負載(BTL)，此時揚聲器的兩根線都得到有效驅動。如圖3所示范例：
圖3: 一個典型的D類放大器方案(點擊放大圖)
此方案采用一個比較儀來監控模擬輸入電壓，并將之比作一個三角時鐘波形。當三角波形的輸入量超過音頻輸入電壓時，比較儀會斷開，同時一個逆變器會產生互補PWM波形，來驅動BTL輸出部位的另一面。因此，帶有兩個感應器(L1和L2)和兩個電容器(C1和C2)的輸出濾波器的要求實際上是一個單端音頻輸出所要求的兩倍。由于需要處理峰值輸出電流，感應器尺寸都很大，并占據了大部分空間。
借助于揚聲器聲音線圈的感應和離散電容器，D類放大器可以用來運行一個濾波器，但是由于連接線仍然會輻射相當數量的能量，使用內置揚聲器還是會有限制。有一個方法是更改交換流程，使得放大器在保持高效的同時，又能減少EMI，并因此而需要一個更小的濾波器。
要實現這一目的，可以調制時鐘的頻率降低能量。在縮小點返回之前，時鐘頻率的擴頻調制或者“抖動”擴展頻譜的范圍是有限的。如圖4，我們可以看到這種技術對一個典型輻射圖案的作用。
圖4: MAX9705輻射數據(MAX9705EV套件，SSM模式，12英寸長的非屏蔽雙絞線)(點擊放大圖)
由于輸出功率水平高于數百毫瓦，一部分帶有SSM并超過幾英寸的揚聲器連線會輻射太多的能量。此時，即便提高時鐘頻率也是無濟于事的，因為隨著頻率的升高，D類放大器的輸出光譜會降低，但是揚聲器的連接線會變得像天線一樣高效，使得任何性能上的改進都無法實現。要進一步改進EMI性能，就要求更改D類放大器本身所采用的PWM波形。這可以通過一種已經申請專利的，被稱為有效輻射限制(AEL)的方法來實現。
AEL電路所采取的第一步，就是設置放大器的最小脈寬，這不像圖3中的那樣受到設計的限制。結合重疊、升降時間和時鐘頻率，最小脈寬將過程中產生的功率譜限制在一個給定的輸出功率的水平。這樣做的目的是為了將之降低到一定的水平，使得各部分在沒有外置過濾的情況下都可以運行，同時即便是帶有24英寸長的外置揚聲器連接線，其輻射也能保持在輻射干擾限制范圍之內。
我們也希望能夠實現足夠的音頻性能，而達到這一目的需要至少2瓦的峰值功率輸出。同時，我們還想將熱量最小化，并讓電池壽命延長至極限，所以我們需要能在低電壓單輸入運行的情況下實現高效率，以及適用于耳機的低功率關閉模式。此時，總諧波失真加噪音(THD+N)必須很低，而信噪比必須很高，并能進行咔嗒聲-怦然聲抑制，同時輸入必須能和單端或者微分輸入相兼容。
圖5展示了美信D類放大器中有效輻射限制所用的技術。從圖中我們并不能馬上看出交換是如何完成的。如果將驅動調整到最佳，并采用零死時控制，MAX9705 D類放大器的效率可以高于90％。獨特的專利型擴頻調制模式抑制了光譜組件，降低了連接線和揚聲器輻射出的EMI。
在立體聲或者多通道操作中，一個同步輸入將放大器的頻率控制在80 kHz到2 MHz之間，以便能將互調產生的輻射最小化，否則互調產生的輻射就會由多個自由運行的輻射源產生。這個方案結合了兩種獨特技術：SSM和AEL，使得美信的D類放大器可以在FCC第15部分規定的EMI限制范圍之內，在帶有24英寸長的未屏蔽揚聲器連接線的情況下運行"filter-less"，如圖4所示。
圖5: 美信的D類放大器帶有一個內部產生的鋸齒，和一個微分輸入；如果使用一個單端輸入，就會從內部產生一個為微分輸入。(點擊放大圖)
除了EMI，音頻的THD+D在功率為1W時可低至0.02%，而在功率為2.3瓦時增至1%，SNR為90dB。輸入可以由一個帶有+6dB, +12dB, +15.6dB或+20dB的固定增益的微分或者單端源來供給，并適用于任何應用。另外還有一個可以將功耗最小化的關閉模式，以及一個同步輸入，讓MAX9705可以提供單聲道、立體聲或者多通道高性能音頻，同時又在帶有外置揚聲器但不需要濾波器的情況下滿足EMI輻射要求。
圖5所示的MAX9511圖形視頻接口給RGB視頻提供了一個匹配的、三通道的可調EMI濾波器，范圍覆蓋了從VGA到UXGA的分辨率，通道至通道偏移誤差小于0.5ns。另外，它更換了一個單電阻器，從而實現了調諧功能。
這使得在最終的EMI/EMC測試中，不需要對機械或者電氣部分作出任何更改，就可以改進一個產品的EMI性能。RGB視頻輸出是低阻抗(Zout小于1Ω)，再結合75Ω的反向終端，可在遠程監控器和塢站之間提供一個45到50dB的隔離。以前，要驅動兩個不同的輸出，這個方法需要進行一次交換，以避免LC濾波器的輸出上會附上一個長的未終止端頭。在圖6中，我們可以看到輸出負載是如何被檢測到，并作為一個DAC終端阻抗上的明顯改變被映射到輸入上的。
圖6: 帶有EMI抑制功能的MAX9511 VGA接口(點擊放大圖)
驅動RGB輸入的視頻控制器可以感應到，同時，如果沒有負載，可以通過關閉管腳來關閉視頻和同步輸出。為了支持即插即用式應用，DDC會一直處于開啟狀態，同時，驅動器可以將低電壓控制器水平轉換到標準的5V的接口水平。同步驅動器具有一個標準的50 Z的輸出阻抗，可以通過一個單外置電容器來配置以過濾邊緣，如圖7所示，而同步抖動(沒有電容器的情況下)則一般都少于0.5ns。
圖7: 一個MAX9511驅動多個輸出，帶有由一個MAX5432 I2C可調節數字電位計控制的可調節過濾。(點擊放大圖)
視頻性能：增益為+6dB，SNR為50dB，線性誤差為0.036%，過沖和下沖小于1%，帶有抑制良好的響應。 |
