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无滤波2.5W D类音频功率放大器设计

作　者: 胡养聪
导　师: 周伟
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: D类音频功放脉冲宽度调制总谐波失真自动功率压缩电磁干扰
分类号: TN722.75
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文基于D类功率放大器的工作原理,对系统的电源抑制比(PSRR)、总谐波失真(THD)和效率等性能参数进行了分析;根据系统设计与指标要求,采用一种单环反馈自然采样脉冲宽度调制(PWM)的设计架构,完成了包括电压基准源、前置放大器、三角波产生电路、自动功率压缩电路、输出级驱动电路的主要模块设计,实现了一款无滤波2.5W的D类音频功率放大器芯片。在某代工厂0.35um单晶四金属(1P4M)BCD工艺下,利用Cadence软件对整体电路进行了性能参数的仿真和功能验证,结果表明:在VCC=5V电压下,输出功率2.5W(负载4 ?,THD=10%),效率可达87.5%,低频电源抑制比为-105dB,系统失调低于38uV,静态电流低于3.6mA,达到了预期性能。在此基础上完成了芯片版图设计。该芯片采用了多项优化措施,如负反馈、自动功率压缩技术(APC)、栅极斜率控制技术,劈啪声(Click-Pop)抑制技术等,同时采用先进的PWM技术,实现了无滤波输出,且具有高线性、低电磁干扰(EMI)特性的D类放大器,节省了系统面积和成本,提高市场竞争力。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章引言  8-14
  1.1 D 类音频功放研究背景、发展现状及意义  8-12
  1.2 本文主要工作  12-13
  1.3 论文的组织结构  13-14
第二章 D 类音频功率放大器的工作原理和系统设计  14-36
  2.1 音频功率放大器的分类和比较  14-16
  2.2 D 类音频功率放大器的分类和比较  16-23
    2.2.1 调制方式  17-18
    2.2.2 全桥和半桥  18-20
    2.2.3 开环与闭环  20-23
  2.3 D 类音频功率放大器的性能指标  23-31
    2.3.1 功耗与效率  23-26
    2.3.2 电源抑制  26-27
    2.3.3 失真  27-29
    2.3.4 EMI  29-30
    2.3.5 其他性能指标  30-31
  2.4 单环反馈NPWM 系统设计  31-36
    2.4.1 系统性能分析  31-33
    2.4.2 参数设计考虑  33-35
    2.4.3 芯片设计指标  35-36
第三章 D 类音频功率放大器的子模块设计  36-85
  3.1 基准电压源设计  36-49
    3.1.1 电流模式带隙基准  37-39
    3.1.2 电路设计  39-43
    3.1.3 电路仿真  43-49
  3.2 前置放大器设计  49-61
    3.2.1 前置放大器的架构选择  49-50
    3.2.2 斩波运放的工作原理  50-52
    3.2.3 运放的设计  52-55
    3.2.4 电路仿真  55-61
  3.3 三角波产生电路  61-66
    3.3.1 电路设计  61-63
    3.3.2 仿真结果  63-66
  3.4 自动功率压缩技术的实现  66-78
    3.4.1 过调制现象  66-69
    3.4.2 原理分析  69-75
    3.4.3 电路仿真  75-78
  3.5 输出驱动级设计  78-85
    3.5.1 输出级结构  78-79
    3.5.2 EMI 设计  79-81
    3.5.3 电路仿真  81-85
第四章系统仿真及版图设计  85-99
  4.1 系统应用环境  85-87
  4.2 系统仿真  87-93
  4.3 版图设计  93-99
    4.3.1 工艺概述  93-95
    4.3.2 版图设计  95-97
    4.3.3 版图验证  97-98
    4.3.4 整体电路版图  98-99
第五章总结及展望  99-100
致谢  100-101
参考文献  101-104
攻读硕士期间取得的研究成果  104-105

无滤波2.5W D类音频功率放大器设计

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