无滤波器立体声音频D类功率放大器专用集成电路的设计与实现

论文摘要

本论文的设计工作来源于西安电子科技大学科研项目“高效低THD音频D类功率放大器的研究与设计”,主要对D类功率放大器的工作原理及性能进行理论研究并设计实现。论文首先分析了各种音频功率放大器的工作原理以及各自的性能特点,重点阐述了D类音频功率放大器的工作原理和脉宽调制方案,并在此基础上设计了一款大功率输出、低功耗、无需输出滤波器的立体声音频D类功率放大器XPD7026。该芯片采用一种新颖的脉宽调制方案,通过对PWM调制信号进行半波整形并利用全桥输出级降低了D类功率放大器对输出滤波器的依赖。文中重点阐述了D类功率放大器的关键子模块设计,如振荡器、前置运算放大器、积分器、PWM比较器以及基准源。特别是文中提出了一种新颖的可以作为片内电源的带隙电压基准,从而降低了D类功率放大器的静态功耗,提高了D类功率放大器的效率。另外,通过引入电荷泵驱动模块使得输出级可以全部采用NMOS晶体管作为开关管,大大节省了芯片面积。整体电路基于某公司0.6μm BCD工艺设计,使用Cadence等EDA软件完成整体电路的前仿真验证。仿真结果表明,电路功能和性能指标均已达到设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文选题意义与音频功放的发展趋势
• 1.2 论文的主要工作及章节安排
• 第二章 音频功率放大器的基本工作原理
• 2.1 音响的相关知识简介
• 2.2 功率放大器的分类
• 2.3 D类放大器的工作原理
• 2.4 D类放大器的调制方式
• 第三章 D类功率放大器关键设计技术
• 3.1 利用负反馈来改善D类功放的性能
• 3.2 免除滤波器设计技术
• 3.3 EMI改善技术
• 第四章 XPD7026 的系统设计
• 4.1 系统性能参数设计
• 4.2 系统原理框图设计
• 4.3 XPD7026 的反馈环路设计
• 4.4 工艺介绍
• 第五章 XPD7026 主要模块电路设计与仿真验证
• 5.1 基准电路设计
• 5.2 增益控制及前置运放的设计
• 5.3 积分器的设计
• 5.4 振荡器电路设计
• 5.5 PWM比较器的电路设计
• 5.6 驱动逻辑电路的设计
• 5.7 电荷泵电路的设计
• 第六章 芯片整体功能仿真
• 6.1 芯片整体电路
• 6.2 芯片整体电路仿真
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间研究成果