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一款高效率低失真D类音频功率放大芯片的设计与实现

作　者: 周永峰
导　师: 戴庆元
学　校: 上海交通大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: D类功率放大器 音频 脉宽调制 功率输出级
分类号: TN722.75
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 63次
引　用: 1次
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内容摘要


由于D类音频功率放大器与传统的模拟功放相比,具有体积小,效率高,低失真,大功率的特点所以具有广阔的发展前景,可以应用于MP3、CD、DVD播放器以及个人笔记本电脑等便携式电子产品。本文设计了一款应用于便携式音频电子产品的D类功率放大器。首先比较了各类功率放大器并分析其优缺点,对D类功率放大器进行了详细的分析,提出了提高其稳定性、电源电压抑制比(PSRR)和总谐波失真加噪声(THD+N)等性能的方法。在综合考虑电路功耗、面积、性能等方面因素的基础上,对每个模块的都进行了详细的分析、设计和仿真,其中包括带隙基准源、全差分运算放大器、比较器、三角波振荡器、驱动电路、功率输出电路、过流保护电路和过温保护电路等。利用反馈电路提高系统的线性度和电源电压抑制特性;利用全桥输出结构提高了输出功率和总谐波失真性能;利用扬声器电感实现音频信号的恢复,节省了应用电路的面积和成本。本文在Cadence环境下,采用SMIC 0.35μm 2P2M工艺进行了版图设计和仿真,最后基于系统应用电路,完成了芯片测试工作。测试结果:5V工作电压下,电源电压抑制比为70dB@217Hz;共模抑制比为65dB@217Hz;输出功率为1.32W;电源效率约为82%;总谐波失真加噪声小于1%。测试结果满足设计指标。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 引言  11-15
  1.1 本课题研究的背景和意义  11-12
  1.2 音频放大器主要性能参数  12-13
  1.3 本人主要工作  13-14
  1.4 论文结构  14-15
第二章 功率放大器的介绍  15-22
  2.1 功率放大器的种类  15-19
    2.1.1 A 类放大器  15-16
    2.1.2 B 类放大器  16-17
    2.1.3 AB 类放大器  17-18
    2.1.4 C 类放大器  18
    2.1.5 D 类放大器  18-19
  2.2 D 类功率放大器的工作原理  19-21
  2.3 本章小结  21-22
第三章 D 类功率放大器的系统性分析  22-32
  3.1 利用反馈改善性能  22-23
  3.2 全桥结构和半桥结构  23-24
  3.3 D 类放大器的系统性分析  24-31
    3.3.1 系统的稳定性  24-26
    3.3.2 环路对PSRR 的影响  26-31
  3.4 本章小结  31-32
第四章 电路设计与仿真  32-72
  4.1 带隙基准源的设计  32-38
    4.1.1 带隙基准源的原理  32-34
    4.1.2 带隙基准源的设计  34-36
    4.1.3 设计参数与电路仿真  36-38
  4.2 全差分运算放大器的设计  38-50
    4.2.1 增益分析  38-39
    4.2.2 稳定性分析  39-41
    4.2.3 转换速率（压摆率）  41-42
    4.2.4 共模反馈  42-45
    4.2.5 运放电路的仿真  45-50
  4.3 比较器的设计  50-56
    4.3.1 迟滞比较器的设计  50-52
    4.3.2 迟滞比较器的仿真  52-56
  4.4 振荡器的设计  56-65
    4.4.1 振荡器电路设计  56-59
    4.4.2 振荡器中比较器的设计  59-61
    4.4.3 振荡器电路的仿真  61-65
  4.5 功率输出级电路的设计  65-66
  4.6 输出驱动电路的设计  66-67
  4.7 保护电路  67-71
    4.7.1 过温保护电路  67-68
    4.7.2 过流保护电路  68-71
  4.8 本章小结  71-72
第五章 系统级仿真  72-76
第六章 版图的设计与验证  76-86
  6.1 匹配性设计  76-79
  6.2 衬底耦合  79-80
  6.3 闩锁效应  80
  6.4 ESD 保护  80-85
    6.4.1 ESD 的测试方法  81-82
    6.4.2 ESD 保护结构的设计  82-85
  6.5 版图设计  85
  6.6 本章小结  85-86
第七章 芯片的应用与测试  86-89
  7.1 芯片的封装  86-87
  7.2 芯片的测试  87-89
第八章 结论  89-90
参考文献  90-93
致谢  93-94
攻读学位期间发表的学术论文目录  94

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 放大技术、放大器 > 放大器 > 放大器：按作用分 > 功率放大器
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