D类音频功率放大器的研究与设计

论文摘要

在音频功率放大器的市场上,AB类一直处于统治地位。近年来,随着MP3、DVD和移动电话等便携式消费电子产品的普及,D类音频功率放大器以高效率、小体积的优点日益成为音响领域的主流,因此对其进行研究具有十分重要的意义。传统基于脉宽调制技术的D类音频功率放大器不仅静态功耗较大,而且其输出端的LC低通滤波器大大地增加了系统面积和成本,针对上述缺点,本文设计了一种无滤波器的D类音频功率放大器。该D类音频功率放大器具有如下特点:采用双路反宽调制方案降低了系统的静态功耗;通过引入斩波调制技术减小系统输入放大级的低频噪声和失调电压;通过引入反馈技术来抑制由于系统的非线性造成的总谐波失真。本文所设计的D类音频功率放大器基于CSMC0.5umBicmos工艺实现,有效核心电路面积为0.79*0.83mm2。整个系统包含了一个输入放大级、一个误差放大器、两个比较器、内部振荡电路、驱动电路、全桥开关电路、基准电路、过温保护电路和过流保护电路。整个系统的工作电压为5V,在谐波失真小于10%的情况下,对8欧姆的负载提供1.4W的输出功率;在对8欧姆的负载提供1.25W的输出功率时,效率可达到86%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 概述
• 1.2 D 类音频功率放大器的发展动态
• 1.3 本论文的主要工作及主要内容
• 第二章 功率放大器的介绍
• 2.1 音频功率放大器的指标
• 2.2 功率放大器的种类
• 2.2.1 A 类放大器
• 2.2.2 B 类放大器
• 2.2.3 AB 类放大器
• 2.2.4 D 类放大器
• 第三章 D 类音频功率放大器的系统设计
• 3.1 保真度分析
• 3.2 效率及体积分析
• 3.3 系统设计
• 第四章 D 类音频功率放大器的单元电路实现及仿真
• 4.1 输入放大级
• 4.1.1 运算放大器结构的选择
• 4.1.2 运算放大器的实现
• 4.1.3 运算放大器性能仿真及分析
• 4.1.4 斩波运算放大器的实现
• 4.1.5 斩波运算放大器性能仿真及分析
• 4.2 误差放大器
• 4.2.1 误差放大器的实现
• 4.2.2 误差放大器性能仿真及分析
• 4.3 比较器
• 4.3.1 比较器的实现
• 4.3.2 比较器的性能仿真及分析
• 4.4 内部振荡电路
• 4.4.1 三角波产生电路
• 4.4.2 三角波产生电路的实现
• 4.4.3 三角波产生电路性能仿真及分析
• 4.4.4 时钟产生电路
• 4.4.5 时钟产生电路性能仿真及分析
• 4.5 全桥开关电路
• 4.6 驱动电路
• 4.6.1 驱动电路的实现
• 4.6.2 驱动电路性能仿真及分析
• 4.7 过流保护电路
• 4.7.1 过流保护电路的实现
• 4.7.2 过流保护电路性能仿真及分析
• 4.8 过温保护电路
• 4.9 基准电路
• 4.9.1 基准电路的实现
• 4.9.2 驱动电路性能仿真及分析
• 4.10 整体电路性能仿真及分析
• 第五章 版图设计
• 5.1 版图设计基本流程及方法
• 5.1.1 版图设计基本流程
• 5.1.2 版图设计基本方法
• 5.2 各单元电路版图设计
• 5.2.1 OTA 电路版图设计
• 5.2.2 比较器电路版图设计
• 5.2.3 内部振荡电路版图设计
• 5.2.4 过流保护电路版图设计
• 5.2.5 过温保护电路版图设计
• 5.3 总体电路的版图实现
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文