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单声道免滤波D类音频功率放大器芯片的设计

黄鹏  
【摘要】:基于开关模式的D类音频功率放大器与传统的音频功率放大器相比具有效率高、功耗低、体积小等显著优点,在便携式和大功率音视频领域中具有广阔的发展前景。因此,设计一种失真度小、输出功率大、效率高的D类音频功放具有很重要的现实意义。 本文通过对D类音频功率放大器工作原理和关键技术的深入研究,设计实现了一款单声道免滤波D类音频功率放大器芯片。提出了一种恒跨导轨对轨输入级的PWM比较器电路,保证比较器速度的同时,提高了电路的精度;设计了全差分、高增益、宽摆幅的全差分运算放大器,确保输入运放的精度的同时,提高了运放的抗噪声能力;设计了电压反馈调整环路,提高系统电源抑制比,抑制开关功率级的输出偏差以及谐波失真;采用新颖的免滤波PWM调制方案和全桥式负载输出方式,可简化外围系统设计并获得宽输出摆幅;此外芯片还集成了过温、欠压、短路保护等功能电路,有效地提高芯片的使用寿命。 芯片电路基于0.35μm 5V CMOS工艺设计实现,采用Cadence软件平台完成整体电路仿真验证以及版图布局、设计和验证,仿真结果表明各项指标均达到设计要求。芯片工作频率为250KHz,静态电流2.5mA,关断电流小于1μA,在5V电源电压下,带4Ω负载最高可达2.5W的输出功率,效率为88%。所设计的芯片整体面积为1.5430.59mm2,目前该芯片正在流片验证中。


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