多通道Class-D放大器设计引入了一整套新的设计挑战，核心问题是通道间串扰（crosstalk）。串扰可通过电源线、寄生电容、电磁感应、电感漏磁场、共阻抗耦合等多种路径传播。设计阶段预防串扰远比事后修复经济有效。
19.1 通道间串扰概述
串扰分类：直接串扰（如开关噪声直接耦合）和间接串扰（如电源轨纹波影响）。
六大串扰耦合机制：
| 编号 | 耦合类型 | 传播媒介 |
|---|---|---|
| 1 | 电源感应串扰 | 共享电源轨 |
| 2 | 容性耦合 | 寄生/离散电容 |
| 3 | 电磁耦合 | PCB走线电流 |
| 4 | 电感漏磁场 | 铁氧体电感气隙 |
| 5 | 共阻抗耦合（） | 共享走线/地 |
| 6 | 多栅极元件内串扰 | 共享IC封装 |
19.2 电源感应串扰
19.2.1 机制
当多个通道共享同一正/负DC电源轨时，攻击通道（aggressor）的动态电流需求引起电源轨电压波动，通过受害者通道（victim）的有限PSRR传播至输出。
半桥Class-D的开环PSRR为零——无负反馈时此串扰路径完全无衰减。
19.2.2 反馈的作用
有反馈设计中的衰减关系：
- 低频：电源纹波大（bass功率需求高），但环路增益也最高 → 最大校正
- 高频：环路增益降低，但轨电容使纹波也减小
示例：1V纹波@1kHz + 60dB环路增益 → 输出端仅1mV。
19.2.3 缓解措施
- 反馈补偿设计优化环路增益
- 反相180°连接立体声通道对（Ch17讨论）→ 减少供电轨泵浦
- 同步整流电源（可双向灌拉电流）
19.3 容性耦合串扰
19.3.1 耦合路径
- PCB走线间寄生电容（同层间距 + 层间介电）
- 多芯连接器和线束
- 高dv/dt节点：开关节点、上管栅极驱动、自举整流器、输出电感
19.3.2 诊断特征
- 串扰随频率增加（电容阻抗降低）
- 对电压幅度敏感，对电流不敏感
- 加载/卸载攻击通道时串扰不变 → 容性路径
19.3.3 缓解措施
- 走线间距（横向+层间）
- 屏蔽高dv/dt节点 → 屏蔽返回本通道地平面
- 远离高dv/dt节点
19.4 电磁耦合串扰
19.4.1 机制
电流流经导体产生磁场（右手定则），在邻近走线中感应电流。
19.4.2 诊断特征
- 串扰随攻击通道输出电流增加
19.4.3 缓解措施
- 走线间距
- 保持电流环路最小化（源/返回走线紧贴）
- 通道内紧凑布局 + 通道间充分间距
- 双绞线（线缆场景）
19.5 电感漏磁场串扰
19.5.1 铁氧体磁芯电感
PQ/RM型：气隙产生边缘磁通（fringing flux），漏磁场强度随距离快速衰减。
环形磁芯：
- 低磁导率分布式气隙材料 → 漏磁较低但非零
- 带离散气隙的高磁导率环形 → 同样存在边缘磁通问题
19.5.2 缓解措施
| 方法 | 原理 |
|---|---|
| 增大间距 | 漏磁场与距离反比 |
| 铜带束腹（belly-band） | 短路匝环绕铁氧体外侧，局部耦合漏磁 |
| 多小气隙替代单大气隙 | 每个小气隙产生更小边缘磁通 |
| 90°交替排列 | 正交电感轴向最小化互耦 |
19.5.3 双电感元件
Coilcraft等提供双电感封装，两个独立磁路 → 适合桥式输出的两个电感需求。用于多通道时需评估通道间串扰。
19.6 共阻抗耦合（ 串扰）
最常见的串扰机制——不同通道电流在共享走线中产生电压降。
19.6.1 数值示例
共享地阻抗10mΩ，攻击通道±1A → ±10mV本地地电位扰动。若Class-D调制器+功率级有效增益为10V/V：
空闲通道（期望0V输出）产生±100mV串扰输出。
19.6.2 星形接地的效果
星形接地使每个通道有独立的地返回路径：
- 攻击通道的±10mV地扰动仅影响自身（1:1而非10:1）
- 受害者通道完全不受影响
- 信号地平面允许小信号电路共享（电流极小，不产生显著噪声）
19.7 多栅极元件内串扰
19.7.1 PWM比较器
建议每通道使用独立的高速PWM比较器，而非双比较器共享：
- 允许更紧凑优化的单通道布局
- 比较器输入是最噪声敏感区域，共享封装会引入开关瞬态和阈值抖动
19.7.2 栅极驱动器
同理建议每通道独立栅极驱动器——功率开关级的紧凑布局要求排除了跨通道共享。
19.8 多通道性能规格
19.8.1 输出功率规格
多通道放大器的总输出功率通常低于各通道之和：
- 8×100W ≠ 800W总功率
- 800W电源远大于400W电源（体积、成本、EMI、低功率效率）
- 音频功率高度动态 → 安全机构使用1/8功率加载进行热测试
19.8.2 电源优化设计
- 峰值功率（短时）→ 决定半导体选型（电压/电流极限）
- 连续功率（平均）→ 决定热设计（散热器、磁性元件热质量）
19.9 共享电路分配
19.9.1 电源共享
- 共享优势：成本降低、体积缩小
- 共享劣势：通道间串扰
- 高功率设计可能使用独立AC电源（含独立AC线绳和EMI滤波器）
- 注意Y电容漏电流需满足安全标准（如UL62368）
19.9.2 三角波发生器共享
多通道可共享单一三角波发生器，但需防串扰：
- 噪声可通过比较器输入引脚在开关转换时耦合回三角波信号
- 隔离方案1：各通道三角波路径加铁氧体磁珠（阻抗≤22Ω，避免钝化拐点）
- 隔离方案2：各通道加独立高速模拟缓冲器（如MAX4200）
三角波拐点必须尖锐（高带宽），因此隔离元件阻抗不可过高。
参考文献
- Adire Audio. (n.d.). Crosstalk in inductors.
- Birch, T. H., et al. (2012). Investigation of crosstalk in self-oscillating switch mode audio power amplifier. AES 132nd Convention, Paper 8631.
- Coilcraft. (2018). Inductors for Class-D amplifiers. Document 1404.
- Ploug, R. O., & Knott, A. (2012). Minimizing crosstalk in self-oscillating switch mode audio power amplifiers. AES 48th Intl. Conf. on Automotive Audio.
- Score, M., Darling, T., & Dapkus, D. (1999). Class-D audio amplifiers: System considerations. AES 107th Convention, Article 5041.
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