D類音頻功率放大器中PWM調制方式及死區(qū)時間控制研究.pdf

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

2、手機、PDA等應用場合而設計。在D類音頻功放電路的設計中,本文首先對系統(tǒng)架構進行了模型分析,對各項指標進行詳細的計算和優(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;確定系統(tǒng)對調制部分的要求。針對手機、PDA應用中特殊的噪聲、RF干擾環(huán)境,研究提高PSRR、SNR、THD等性能的電路結構。選擇單反饋PWM調制結構,分析影響系統(tǒng)的PSRR、THD、效率等指標的因素,確定系統(tǒng)對各個模塊的性能指標要求?；谙到y(tǒng)模型參數,分別

3、設計了D類音頻功率放大器中主要電路模塊。采用改進的PTAT電流基準源結構,實現對由于溫度升高引起運放跨導變化的補償。采用全差分輸入運放、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,其中輸入運放電路采用斬波放大結構降低了噪聲和失調電壓。設計PWM調制的核心量化部分比較器電路、輸出功率管驅動電路、過溫保護電路等。研究了死區(qū)時間和非理想因素對系統(tǒng)的影響,在綜合考慮死區(qū)時間、反向恢復電流和電磁干擾EMI三者折

4、衷關系的基礎上對死區(qū)時間進行優(yōu)化設置。本文基于改進的PWM調制方式,構建一款實用的D類音頻功率放大器芯片。其中內部三角波信號采用250KHz的頻率,內部基準電流為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計后,利用仿真工具Cadence對整體電路進行仿真驗證。隨后進行了電路版圖的設計,并采用CSMC0.5微米雙晶三金屬(DPTM)工藝流片。測試結果顯示,低頻PSRR為61dB,THD為0.56％(