D類音頻功率放大器中PWM調(diào)制方式及死區(qū)時(shí)間控制研究.pdf

1、近年來,音頻功放類產(chǎn)品高效率的性能需求,使D類音頻功率放大器迅速發(fā)展。本文在研究了當(dāng)前國內(nèi)外主流D類音頻功率放大器系統(tǒng)采用的調(diào)制方式和實(shí)現(xiàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,對傳統(tǒng)PWM調(diào)制方式進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)的調(diào)制方式中由于負(fù)載兩端的差分電壓在大部分系統(tǒng)空閑時(shí)間內(nèi)為零,大大降低了整體功耗,同時(shí)由于輸出端的電流變化幅度明顯減小,實(shí)現(xiàn)D類功率放大器的無濾波設(shè)計(jì)。無濾波設(shè)計(jì)精簡了外接元件,大大縮小系統(tǒng)設(shè)計(jì)體積、降低成本,專為近年來市場上要求越來越輕薄的便攜式產(chǎn)品如

2、手機(jī)、PDA等應(yīng)用場合而設(shè)計(jì)。在D類音頻功放電路的設(shè)計(jì)中,本文首先對系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了模型分析,對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算和優(yōu)化。分析D類音頻功率放大器系統(tǒng)組成原理;理清系統(tǒng)的主要性能指標(biāo);確定系統(tǒng)對調(diào)制部分的要求。針對手機(jī)、PDA應(yīng)用中特殊的噪聲、RF干擾環(huán)境,研究提高PSRR、SNR、THD等性能的電路結(jié)構(gòu)。選擇單反饋PWM調(diào)制結(jié)構(gòu),分析影響系統(tǒng)的PSRR、THD、效率等指標(biāo)的因素,確定系統(tǒng)對各個(gè)模塊的性能指標(biāo)要求。基于系統(tǒng)模型參數(shù),分別

3、設(shè)計(jì)了D類音頻功率放大器中主要電路模塊。采用改進(jìn)的PTAT電流基準(zhǔn)源結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)對由于溫度升高引起運(yùn)放跨導(dǎo)變化的補(bǔ)償。采用全差分輸入運(yùn)放、全差分積分器,降低了對共模電平的要求,省掉了外接BYPASS電容和輸入耦合電容,其中輸入運(yùn)放電路采用斬波放大結(jié)構(gòu)降低了噪聲和失調(diào)電壓。設(shè)計(jì)PWM調(diào)制的核心量化部分比較器電路、輸出功率管驅(qū)動(dòng)電路、過溫保護(hù)電路等。研究了死區(qū)時(shí)間和非理想因素對系統(tǒng)的影響,在綜合考慮死區(qū)時(shí)間、反向恢復(fù)電流和電磁干擾EMI三者折

4、衷關(guān)系的基礎(chǔ)上對死區(qū)時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。本文基于改進(jìn)的PWM調(diào)制方式,構(gòu)建一款實(shí)用的D類音頻功率放大器芯片。其中內(nèi)部三角波信號采用250KHz的頻率,內(nèi)部基準(zhǔn)電流為10.24μA,輸入電源電壓范圍為2.5～5.5V。在同事配合下完成所有電路模塊設(shè)計(jì)后,利用仿真工具Cadence對整體電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證。隨后進(jìn)行了電路版圖的設(shè)計(jì),并采用CSMC0.5微米雙晶三金屬(DPTM)工藝流片。測試結(jié)果顯示,低頻PSRR為61dB,THD為0.56％(