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采用数字技术开环架构的D类音频功率放大器的研究与设计

邬桐  
【摘要】:D类音频功率放大器与传统的甲类、乙类和甲乙类不同,工作在开关模式下,具有理论上100%的工作效率,具备效率高、体积小等特点。近年来,随着便携式设备市场的发展,D类功放更获得了高度重视。本文在对系统原理分析的基础上,提出了一种用于音频领域的全数字D类音频功率放大器的设计并予以具体实现。 论文的讨论了D类放大器系统中内插滤波器的设计,对有限冲击响应滤波器进行了优化设计,可有效地降低硬件开销,同时深入分析和比较了几种数字调制技术的原理与优劣,并结合具体实现讨论了噪声整形器的设计思路。第四部分对改善系统非线性度的主流方法做了详尽的分析与对比,并提出了一种基于2倍内插技术的非线性预补偿算法,用较低的硬件开销有效降低了系统总谐波失真(THD)。文章的第五部分主要讨论了PWM调制器产生载波信号的机理和实现。最后结合仿真和流片信息对设计的系统做了分析与总结。本文实现的D类音频放大器系统的动态范围达到93dB,可以有效支持16比特精度的音频输入信号,采用基于内插技术的非线性度补偿算法后,可以实现THD-80dB,满足高保真音频系统对谐波失调的需求。 整个系统在标准的SMIC 0.18μm 1P6M LOGIC Salicide工艺下实现并已付诸流片。


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