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D类3W免滤波的音频功率放大器设计

梁尧  
【摘要】:D类音频功率放大器与其他类型功放相比在效率方面具有显著的优势。在当今移动设备高度发达的时代,电池容量已经成为移动设备发展的瓶颈,所以D类音频功率放大器在移动设备高速发展的背景下,具有广阔的发展空间。本文首先介绍了音频功率放大器的研究背景和现状,接下来介绍各类音频功率放大器的原理及特点,突出了D类音频功放的在效率方面的巨大优点,并研究了D类音频功率放大器无滤波原理,并应用于本文。本文采用smic0.18um工艺,对音频功放的放大器、比较器、PWM调制器、基准电路及过温保护电路等模块进行原理阐述及电路级分析和设计,并使用spectre进行电路级的功能验证。其中放大器采用了一种两级套筒式结构,并采用米勒补偿原理稳定频率特性,此放大器具有高增益高摆幅的优点,满足了前级放大器的要求;比较器介绍了一款预放大锁存的比较器,利用了预放大放大器的传输特性优点和锁存器的传输特性优点,设计出一款满足音频系统速度的比较器结构。设计了用于PWM调制的250KHZ震荡频率的振荡器设计,此震荡器利用控制电路控制电容的充放电来得到震荡的三角波;设计了一种新型的基准电路,保证了输出稳定的温度特性同时并且增大了输出电压的驱动能力,同时考虑了其频率稳定特性;设计了过温保护电路,保证了芯片在异常高温工作条件下的可靠性。最后介绍了版图的绘制的注意事项,主要分析了匹配、噪声、隔离保护、布局等需要特别考虑的事项,并给出了具体的设计方法。本文在完成以上工作之后,经过对这些模块仔细的模拟仿真,结果表明,在3.3V电压供电下,工作环境温度为25°时,输出功率达到了2.8W,电路效率达到了82%,谐波失真小于1.4%,性能指标满足预期要求。


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