PWM調(diào)制的無濾波Class D音頻功率放大器的設(shè)計.pdf

1、隨著便攜式產(chǎn)品需求量不斷增加,Class D數(shù)字功放因相比Class AB線性功放更符合便攜式發(fā)展趨勢從而成為研究熱點。Class D功放的發(fā)展趨勢為保持效率優(yōu)勢的同時成本降低、音質(zhì)趨近Class AB功放,本文就圍繞這兩點展開。 本文采用正向設(shè)計的方法,設(shè)計了一種應(yīng)用于便攜式產(chǎn)品中的PWM調(diào)制無濾波Class D音頻功率放大器系統(tǒng)。根據(jù)便攜式產(chǎn)品對音頻功放的要求,設(shè)定了合理的系統(tǒng)性能指標和詳細地論證了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇。性能方面分

2、析了效率和THD的影響因素和改進方法。結(jié)構(gòu)方面根據(jù)無濾波系統(tǒng)的性能要求選擇三電平雙邊PWM采樣調(diào)制方式。同時設(shè)計了閉環(huán)濾波式結(jié)構(gòu)和基本開環(huán)結(jié)構(gòu),以進行性能比較,突出無濾波調(diào)制方式的先進性。 主要從系統(tǒng)穩(wěn)定性、THD要求和PSRR要求三個方面進行無濾波調(diào)制的系統(tǒng)設(shè)計。首先建立系統(tǒng)的線性模型,推導出各模塊電路的傳遞函數(shù)及系統(tǒng)環(huán)路增益和PSRR的表達式。明確了在確保系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下折中THD和SNR的設(shè)計思路。最后進行Matlab驗證

3、。 通過系統(tǒng)設(shè)計分析出關(guān)鍵模塊電路的性能指標,從而進行具體模塊電路的結(jié)構(gòu)選擇和參數(shù)設(shè)計。重點設(shè)計了功率級和一階積分器,同時設(shè)計了三角波發(fā)生器、前置放大器、比較器、偏置和模擬地產(chǎn)生電路。 采用CSMC 0.5μm工藝,運用Cadence和Hspice軟件,對系統(tǒng)進行了仿真驗證。首先驗證了閉環(huán)無濾波系統(tǒng)在2.5V至5V內(nèi)可以正常地工作；8Ω負載下最大輸出功率為1.2W;系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率最高可達90.13％；8Ω負載、0.5W輸

4、出功率、5KHz輸入信號頻率條件下THD最低可為0.3935％；其次,從效率和THD性能指標的角度,比較了開環(huán)結(jié)構(gòu)、閉環(huán)濾波式結(jié)構(gòu)和閉環(huán)無濾波結(jié)構(gòu)。效率方面,閉環(huán)結(jié)構(gòu)優(yōu)于開環(huán)結(jié)構(gòu)；大功率時閉環(huán)濾波式系統(tǒng)和無濾波系統(tǒng)的效率一樣,小功率時閉環(huán)濾波式系統(tǒng)的效率略高于無濾波系統(tǒng)的效率。THD方面,兩個閉環(huán)結(jié)構(gòu)THD相對開環(huán)結(jié)構(gòu)均有所改善,但無濾波閉環(huán)結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)于開環(huán)結(jié)構(gòu)。由此證明閉環(huán)無濾波結(jié)構(gòu)的先進性。 本文主要創(chuàng)新點：采用正向設(shè)計的