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基于UPWM调制的免滤波D类音频功放的研究与设计

作　者: 欧宇
导　师: 戴庆元
学　校: 上海交通大学
专　业: 电子通信工程
关键词: 免滤波归一化脉宽调制互调失真 D类音频功放
分类号: TN722.75
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 31次
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内容摘要

随着半导体技术的不断进步，各种便携式终端已俨然成为电子设备的一种发展趋势。出色的音频功能是这些便携式终端非常重要的特征之一。D类音频功放具有效率高、发热少、功耗低、电池使用寿命长等优点，这些特点既符合当前消费性影音设备的严苛要求，又顺应未来潮流的发展。随着电磁干扰以及免滤波问题的解决，D类音频功放已逐步取代传统的AB类音频功放占据市场主流地位。本文设计了一种基于改进型PWM调制的免滤波D类音频功率放大器。这种创新的结构基于归一化脉冲宽度调制技术，通过对全差分运算放大器的输出信号进行合理地采样与保持，同时采用迟滞比较和反馈回路控制技术，很好地解决了传统脉宽调制方法中对于互调失真抑制能力较差的问题。本文详细介绍了音频功率放大器的基本分类和工作原理，简要分析了各类常用的免滤波结构，重点研究了脉宽调制的频域特性以及各种优化技术。在综合考虑了电路的复杂度与性能后，对各个子模块进行了设计和仿真。这些子模块包括基准电路、全差分运算放大电路、振荡电路、调制电路、功率输出级电路、过流保护电路以及过温保护电路。在完成子模块的设计与仿真后进行了系统的搭建，对系统的重要性能参数进行了仿真。最后，给出了版图设计的总体布局与设计建议。本设计采用cadence的spectre仿真器，使用华虹NEC BCD350工艺对电路进行了仿真验证。5V工作电压下，负载8Ω时：输出功率为1.7W；电源效率89%；总谐波失真小于0.21%，测试结果基本满足设计指标。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-15
第一章绪论  15-20
  1.1 课题背景与研究现状  15-16
  1.2 主要性能参数  16-18
    1.2.1 总谐波失真  16-17
    1.2.2 放大器的效率  17
    1.2.3 其他参数  17-18
  1.3 论文结构及内容安排  18-20
第二章音频功放设计技术研究  20-39
  2.1 音频功放的技术概况  20-28
    2.1.1 音频功放的分类  20-24
    2.1.2 D 类音频功放的基本原理  24-25
    2.1.3 D 类音频功率放大器的调制方法  25-28
  2.2 D 类音频功放免滤波结构的研究  28-32
    2.2.1 全差分结构  28-29
    2.2.2 反馈技术  29-31
    2.2.3 各种调制技术的研究  31-32
  2.3 脉宽调制技术研究  32-39
    2.3.1 脉宽调制的基本分类  32-33
    2.3.2 脉宽调制的频域分析  33-36
    2.3.3 脉宽调制的优化技术  36-39
第三章电路的设计与仿真  39-68
  3.1 基准电路的设计与仿真  39-47
    3.1.1 基准电压源基本原理  39-42
    3.1.2 基准电路的设计  42-46
    3.1.3 基准电路的仿真  46-47
  3.2 全差分运算放大器的设计与仿真  47-55
    3.2.1 增益分析  47-49
    3.2.2 稳定性分析  49-50
    3.2.3 共模反馈  50-53
    3.2.4 运放电路的仿真  53-55
  3.3 振荡电路的设计与仿真  55-58
    3.3.1 振荡电路的基本原理  55-56
    3.3.2 振荡电路的设计  56-58
    3.3.3 振荡电路的仿真结果  58
  3.4 归一化脉宽调制电路的设计与仿真  58-62
    3.4.1 采样电路工作原理  58-59
    3.4.2 比较电路工作原理  59-61
    3.4.3 归一化脉宽调制电路的仿真  61-62
  3.5 功率输出级电路的设计与仿真  62-64
    3.5.1 输出级驱动电路的设计  62-63
    3.5.2 输出级电路仿真结果  63-64
  3.6 保护电路的设计与仿真  64-68
    3.6.1 过流保护电路的设计  64-65
    3.6.2 过温保护电路的设计  65-66
    3.6.3 保护电路仿真  66-68
第四章系统仿真  68-72
  4.1 系统框图  68-69
  4.2 系统仿真结果  69-72
第五章版图设计  72-83
  5.1 版图设计要点  72-78
    5.1.1 版图设计流程  72-73
    5.1.2 版图设计基本技术  73-76
    5.1.3 模拟版图设计要点  76-78
  5.2 工艺介绍  78-81
    5.2.1 设计规则  78-79
    5.2.2 BCD350 工艺  79-81
  5.3 系统级版图设计  81-83
第六章总结  83-86
  6.1 全文总结  83-84
  6.2 主要工作及创新点  84-85
  6.3 不足及改进  85-86
参考文献  86-90
致谢  90-91
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  91

基于UPWM调制的免滤波D类音频功放的研究与设计

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