高增益低谐波失真CMOS功率放大器的研究和设计

【摘要】： 音频功率放大器作为集成电路的基本单元,一向被广泛应用于手机、耳机、MP3/MP4、CD Player、随身听等各种音频消费类电子设备中。音频功率放大器的性能直接决定这类与人的听觉相关联的电子设备的市场占有率。所以,如何设计低功耗、低噪声、低谐波失真的音频功率放大器一直是人们研究的热点。 本文在论述音频功率放大器的多种常见设计结构之后,比较了这几种设计结构的优缺点,最终设计了一款带有低功耗关断功能、温度控制功能和低谐波失真的AB类功率放大器的音频放大器芯片。 低功耗模式下,音频放大器芯片的主要电路均处于关断状态,只有一些逻辑电路处于工作状态,降低了芯片的整体功耗。温度控制模块通过对芯片所处环境的温度进行监测,当温度高于某设定值时,关断芯片中的帯隙基准电路以实现芯片的过温保护功能。音频放大器芯片一般都要求很高的线性度,以达到最好的听觉效果。本文论述并比较了三种常用于降低功率放大器非线性失真(总谐波失真)的技术,并总结了三种技术的优缺点和适用范围,最终设计了一个包含AB类输出级的功率放大器。这种设计可以在不增加额外电路的基础上,降低音频功率放大器的总谐波失真,提高芯片的听觉效果。 在本设计中,音频放大器芯片主要被分为4个部分:POP-CLICK模块用于产生稳定的旁路电压同时降低芯片的POP-CLICK噪声;帯隙基准模块用于产生芯片各个模块所需的偏置电压;温度控制模块用于监测芯片工作的环境温度,实现过温保护功能;功率放大器模块用于放大输入的音频信号并提供输出。 本设计的所有电路都是在华润上华CSMC 0.5um 2P6M工艺下进行仿真验证的,仿真结果表明所设计的音频放大器芯片的各项性能指标均能达到设计的预期值。