原创 音频/视频接口的EMI/EMC抑制

　　全球销售的所有电子产品在上市之前必须进行EMI/EMC测试，证明它们不会产生干扰，或不会受到其他设备的干扰。出于测试目的，可将这些产品分成两类：主动辐射产品和非主动辐射产品，例如，蜂窝电话和对讲机主动辐射能量，而电视、电脑和膝上型电脑则不应该辐射能量。

　　产品的种类和测试机构不同，EMI/EMC的测试要求也不同。但还是可以将EMI/EMC测试大致分为两类：

　　如上所述，EMI可分为传导干扰和辐射干扰两种。由于所有的EMI辐射都是由电流产生的，因此这两种干扰彼此相关。但并不是所有的电流都会产生辐射。因此，首先要分析和抑制辐射干扰问题，然后再处理传导干扰问题。对于这两种干扰来说，辐射干扰更难预测和抑制。因此它是造成大多数非主动辐射产品EMI测试失败的主要原因。在此，我们将着重讨论如何解决众多产品中普遍存在的音频/视频接口的辐射干扰问题。

　　可以采用多种方法来满足EMI/EMC规则中所限定的条件。但这些方法大都可以归入屏蔽和滤波两大类。在实际产品中，这些方法都要与特定的应用相结合，实现全面的EMI解决方案。例如，在大多数产品中，都会用一个金属壳体来屏蔽辐射，同时利用L-C或R-C滤波器来降低输入/输出线的传导干扰。此外，还可以使用一个抖动时钟来扩展频谱范围，以降低特定应用的滤波或屏蔽要求。

　　当产品的EMI性能基本达到要求时，都会被拿到认证实验室进行正规测试。如果产品通过了测试，就可以投放市场；而不能通过测试就意味着存在问题。解决问题时，即使一个小小的改动也要花费很长时间。这样就可能耽误产品的上市时间，因为国际和国内市场都要求产品必须通过EMI/EMC兼容性测试1。这样一来，EMI设计常常要牺牲产品的视频性能，以确保其通过测试。在现代设计中，需要考虑通过EMI测试所需要的元器件的物理尺寸和成本，因此更会以牺牲视频性能作为代价。

　　现代音频/视频模拟接口的尺寸不断减小，而性能期望值却很高，这对设计提出了非常严峻的挑战。要解决这一问题，首先要找出大多数EMI/EMC测试失败的源头；然后再探究可行的解决方案。

　　EMI/EMC测试失败通常发生在产品设计中最薄弱的环节—信号(和干扰)从这个环节进入或离开经过屏蔽和滤波的机构。在音频/视频接口中，最薄弱的地方就是连接设备的电缆，它们相当于天线。对于电脑来说，将显示器和扬声器连接至PC的电缆是最薄弱的环节，它常常会引起EMI/EMC问题。我们可能会认为只有高带宽的视频接口才会产生这种问题，而低频音频接口不会有这种问题。所有放大器都采用A类音频放大器时确实是这样。然而，目前所采用的高效D类放大器²都具有高频开关信号，如果不进行适当的滤波和屏蔽，也会存在EMI问题。

　　过去，可以采用大型外部滤波器和/或屏蔽电缆来解决这些问题。但是这些方法不仅增加了成本，而且还影响了产品性能和增大了产品尺寸。随着这些产品的尺寸不断缩小，演变为当前的音频/视频播放器，EMI/EMC解决方案必须在保持甚至改善系统性能的同时减小产品尺寸。为实现这一目的，开发出了诸如MAX9511图形视频接口和MAX9705 D类音频放大器等小型器件，这些器件能够提供优异的EMI性能。为了展示这种改进是如何实现的，可以考察一台普通PC的音频和显示器接口³，以及这些纤巧的器件所提供的EMI性能。首先，我们应该了解音频/视频接口设计中必须解决的各种EMI问题，然后给出解决这些问题的方法。  

　　计算机普遍采用的视频格式，也就是我们所说的“图形”，和电视的视频形式是不一样的4。计算机视频具有红、绿和蓝色(R, G, B)模拟视频信号，以及包括行、场同步和DDC⁵组成的逻辑信号，所有这些信号都具有快速上升/下降时间。视频连接器通常采用高密度超微D型连接器，用来连接显示器和PC (图1)。虽然这个方案结合了视频信号屏蔽(同轴)和共模扼流圈(CMC)等措施来降低辐射和传导EMI，但还是需要增加滤波环节，才能够确保满足EMI要求。在广播视频应用中，采用类似的滤波措施来消除电视图像中的混叠瑕疵。然而在图形视频中却不能这么做，因为图形视频的目的是在尽可能高的分辨率下重现“开”“关”像素的棋盘状图案。因此，为实现最佳的显示性能，我们希望带宽越大越好。但在实际应用中，必须权衡考虑EMI和视频性能，因此只好牺牲视频带宽。对于多信号视频接口，多种因素需要权衡考虑。

　　例如，对视频信号进行滤波时，会产生时间延迟，而如果各视频通道(R、G和B)的延迟时间不能精密匹配，就会产生彩色边缘效应。为了避免这一现象，必须精密控制视频通道的群延迟和群延迟匹配⁶。RGB视频极容易受到这些参数的影响⁷。若要获得最佳性能，群延迟必须与频率保持一致，通道之间的最小群延迟匹配必须保持在±0.5个像素时间之内。如果匹配能如此精密，那么同步信号也必须跟踪通道延迟，从而正确地显示图像帧。做到了这一点后，还需要解决PC支持的多视频分辨率问题。

　　在此应用中，采用固定频率滤波器实现最佳性能是非常困难的。如果我们设计一款滤波器来抑制最低分辨率情况下的EMI，滤波器的阻带会介入较高分辨率格式的信号带宽内，从而影响较高分辨率的视频性能。如果针对最高分辨率格式设计滤波器，就可能满足不了EMI要求。显然，最佳的解决方案就是采用一个频率响应能够跟踪显示分辨率的“可调”滤波器，但这种方法会增加成本，而且还可能增大产品尺寸。另外，同步和DDC驱动器的快速上升/下降时间对EMI性能的影响也很重要。因此，在任何一个完整的EMI方案中，都必须包括能延缓这些上升/下降时间的方法。还有一些历史遗留问题，诸如为了满足即插即用要求的视频DAC负载检测功能。

　　MAX95118可以实现所有这些功能。如图2所示，分别给出了高分辨率图形卡输出采用MAX9511，采用L-C滤波器方案，以及无滤波原始输出的EMI特性。

图2. 三种情况下辐射的EMI: a) 无滤波，b) 采用无源LC滤波器，c) 采用MAX9511