如何抑制音視頻接口的EMI和EMC

　　引言

　　所有電子產(chǎn)品在上市之前必須進行EMI/EMC測試，證明它們不會產(chǎn)生干擾，或不會受到其他設備的干擾。出于測試目的，可將這些產(chǎn)品分成兩類：主動輻射產(chǎn)品和非主動輻射產(chǎn)品，例如，蜂窩電話和對講機主動輻射能量，而電視、電腦和膝上型電腦則不應該輻射能量。

　　產(chǎn)品的種類和測試機構(gòu)不同，EMI/EMC的測試要求也不同。但還是可以將EMI/EMC測試大致分為兩類：

　　輻射：該測試限定了某產(chǎn)品輻射或傳導的信號幅度和頻率，從而使其不會對其它產(chǎn)品產(chǎn)生干擾。

　　敏感度（也稱為抗擾度）：該測試通過限定會干擾設備正常工作的輻射和傳導信號的幅度和頻率，說明產(chǎn)品的輻射抑制能力。

　　如上所述，EMI可分為傳導干擾和輻射干擾兩種。由于所有的EMI輻射都是由電流產(chǎn)生的，因此這兩種干擾彼此相關(guān)。但并不是所有的電流都會產(chǎn)生輻射。因此，首先要分析和抑制輻射干擾問題，然后再處理傳導干擾問題。對于這兩種干擾來說，輻射干擾更難預測和抑制。因此它是造成大多數(shù)非主動輻射產(chǎn)品EMI測試失敗的主要原因。在此，我們將著重討論如何解決眾多產(chǎn)品中普遍存在的音頻/視頻接口的輻射干擾問題。

　　可以采用多種方法來滿足EMI/EMC規(guī)則中所限定的條件。但這些方法大都可以歸入屏蔽和濾波兩大類。在實際產(chǎn)品中，這些方法都要與特定的應用相結(jié)合，實現(xiàn)全面的EMI解決方案。例如，在大多數(shù)產(chǎn)品中，都會用一個金屬殼體來屏蔽輻射，同時利用L-C或R-C濾波器來降低輸入/輸出線的傳導干擾。此外，還可以使用一個抖動時鐘來擴展頻譜范圍，以降低特定應用的濾波或屏蔽要求。

　　當產(chǎn)品的EMI性能基本達到要求時，都會被拿到認證實驗室進行正規(guī)測試。如果產(chǎn)品通過了測試，就可以投放市場；而不能通過測試就意味著存在問題。解決問題時，即使一個小小的改動也要花費很長時間。這樣就可能耽誤產(chǎn)品的上市時間，因為國際和國內(nèi)市場都要求產(chǎn)品必須通過EMI/EMC兼容性測試1。這樣一來，EMI設計常常要犧牲產(chǎn)品的視頻性能，以確保其通過測試。在現(xiàn)代設計中，需要考慮通過EMI測試所需要的元器件的物理尺寸和成本，因此更會以犧牲視頻性能作為代價。

　　現(xiàn)代音頻/視頻模擬接口的尺寸不斷減小，而性能期望值卻很高，這對設計提出了非常嚴峻的挑戰(zhàn)。要解決這一問題，首先要找出大多數(shù)EMI/EMC測試失敗的源頭；然后再探究可行的解決方案。

　　測試失敗的源頭

　　EMI/EMC測試失敗通常發(fā)生在產(chǎn)品設計中最薄弱的環(huán)節(jié)—信號（和干擾）從這個環(huán)節(jié)進入或離開經(jīng)過屏蔽和濾波的機構(gòu)。在音頻/視頻接口中，最薄弱的地方就是連接設備的電纜，它們相當于天線。對于電腦來說，將顯示器和揚聲器連接至PC的電纜是最薄弱的環(huán)節(jié)，它常常會引起EMI/EMC問題。我們可能會認為只有高帶寬的視頻接口才會產(chǎn)生這種問題，而低頻音頻接口不會有這種問題。所有放大器都采用A類音頻放大器時確實是這樣。然而，目前所采用的高效D類放大器2都具有高頻開關(guān)信號，如果不進行適當?shù)臑V波和屏蔽，也會存在EMI問題。

　　過去，可以采用大型外部濾波器和/或屏蔽電纜來解決這些問題。但是這些方法不僅增加了成本，而且還影響了產(chǎn)品性能和增大了產(chǎn)品尺寸。隨著這些產(chǎn)品的尺寸不斷縮小，演變?yōu)楫斍暗囊纛l/視頻播放器，EMI/EMC解決方案必須在保持甚至改善系統(tǒng)性能的同時減小產(chǎn)品尺寸。為實現(xiàn)這一目的，開發(fā)出了諸如MAX9511圖形視頻接口和MAX9705 D類音頻放大器等小型器件，這些器件能夠提供優(yōu)異的EMI性能。為了展示這種改進是如何實現(xiàn)的，可以考察一臺普通PC的音頻和顯示器接口3，以及這些纖巧的器件所提供的EMI性能。首先，我們應該了解音頻/視頻接口設計中必須解決的各種EMI問題，然后給出解決這些問題的方法。

　　視頻和EMI

　　計算機普遍采用的視頻格式，也就是我們所說的“圖形”，和電視的視頻形式是不一樣的4。計算機視頻具有紅、綠和藍色（R， G， B）模擬視頻信號，以及包括行、場同步和DDC5組成的邏輯信號，所有這些信號都具有快速上升/下降時間。視頻連接器通常采用高密度超微D型連接器，用來連接顯示器和PC （圖1）。雖然這個方案結(jié)合了視頻信號屏蔽（同軸）和共模扼流圈（CMC）等措施來降低輻射和傳導EMI，但還是需要增加濾波環(huán)節(jié)，才能夠確保滿足EMI要求。在廣播視頻應用中，采用類似的濾波措施來消除電視圖像中的混疊瑕疵。然而在圖形視頻中卻不能這么做，因為圖形視頻的目的是在盡可能高的分辨率下重現(xiàn)“開”“關(guān)”像素的棋盤狀圖案。因此，為實現(xiàn)最佳的顯示性能，我們希望帶寬越大越好。但在實際應用中，必須權(quán)衡考慮EMI和視頻性能，因此只好犧牲視頻帶寬。對于多信號視頻接口，多種因素需要權(quán)衡考慮。

　　 Figure 1. A typical VGA connection is shown with video signals that cause radiated EMI.

　　圖1. 典型的VGA連接方式以及產(chǎn)生輻射EMI的視頻信號

　　例如，對視頻信號進行濾波時，會產(chǎn)生時間延遲，而如果各視頻通道（R、G和B）的延遲時間不能精密匹配，就會產(chǎn)生彩色邊緣效應。為了避免這一現(xiàn)象，必須精密控制視頻通道的群延遲和群延遲匹配6。RGB視頻極容易受到這些參數(shù)的影響7。若要獲得最佳性能，群延遲必須與頻率保持一致，通道之間的最小群延遲匹配必須保持在±0.5個像素時間之內(nèi)。如果匹配能如此精密，那么同步信號也必須跟蹤通道延遲，從而正確地顯示圖像幀。做到了這一點后，還需要解決PC支持的多視頻分辨率問題。

　　在此應用中，采用固定頻率濾波器實現(xiàn)最佳性能是非常困難的。如果我們設計一款濾波器來抑制最低分辨率情況下的EMI，濾波器的阻帶會介入較高分辨率格式的信號帶寬內(nèi)，從而影響較高分辨率的視頻性能。如果針對最高分辨率格式設計濾波器，就可能滿足不了EMI要求。顯然，最佳的解決方案就是采用一個頻率響應能夠跟蹤顯示分辨率的“可調(diào)”濾波器，但這種方法會增加成本，而且還可能增大產(chǎn)品尺寸。另外，同步和DDC驅(qū)動器的快速上升/下降時間對EMI性能的影響也很重要。因此，在任何一個完整的EMI方案中，都必須包括能延緩這些上升/下降時間的方法。還有一些歷史遺留問題，諸如為了滿足即插即用要求的視頻DAC負載檢測功能。

　　MAX95118可以實現(xiàn)所有這些功能。如圖2所示，分別給出了高分辨率圖形卡輸出采用MAX9511，采用L-C濾波器方案，以及無濾波原始輸出的EMI特性。

　　 Figure 2. Radiated EMI is shown a) without filtering, b) with a passive LC filter, and c) with the MAX9511.