32阶对数增益控制的AB类音频放大器的分析与设计

摘要

音频功率放大器是功率集成电路的重要组成部分,在消费类电子产品中得到广泛应用。随着科技水平的提高,功率集成电路发展迅速。虽然市场上已有众多新的低功率扬声器彰显出向D类音频放大器发展的趋势,但就低成本、低失真以及低噪声而言,AB类音频功率放大器仍然具有很强的竞争力。
　　 本文在介绍了音频放大器的发展现状、分类和工作原理,以及音频放大器的一些重要参数,然后对AB类音频放大器进行了系统分析,再就AB类放大器系统中各模块的电路设计做了详细的介绍和分析的基础上,设计了一种高保真,高电源抑制比,低静态功耗的32阶对数增益控制的AB类音频功率放大器。
　　 主体电路由通道选择模块MUX、前置放大器、后级功率放大器、逻辑控制电路、PTAT电流源基准、BYPASS电路,以及一个具有分时复用功能的8bits SAR-ADC构成。该电路主要有以下几个特点:在pop-noise的抑制方面,设计了“S”形充放电电路,使pop-noise在感官上得到了很大的改善；内部嵌有1个8-bit的SAR-ADC,可实现32阶对数音量控制,控制范围冲-40dB～20dB；具有FADE功能,增益都是在设定增益与-40dB之间快速切换的。
　　 基于华虹CZ6L的0.5μm、1P3M工艺,该工艺MOS管的阈值电压较低,而且提供2KΩ/D的高阻值poly电阻,很适合AB类放大器的设计。应用Cadence对各模块和整体电路进行了电路设计,并采用Spectre完成了模块电路和整体电路的仿真；在此基础上,使用Layout完成整体电路的版图设计,并进行流片；建立实验环境,对芯片进行测试。结果显示:输出功率在负载为3Ω,4Ω和32Ω时分别应为2.5W,2.2W,75mW,电源抑制比在50dB以上,能够驱动32Ω耳机负载。此外,本文设计的AB类放大器还具有过热保护,低噪声,较大的最大输出功率,以及所需外围器件少等优点。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外发展趋势

1.3 研究意义

1.4 本文研究内容与结构

第2章 音频功率放大器的类型和主要参数

2.1 音频功率放大器的分类

2.2 音频功率放大器的技术指标

第3章 AB类放大器的系统分析及各模块设计

3.1 系统性分析

3.1.1 BTL模式和Single End模式的切换

3.1.2 系统开关噪声的处理

3.2 PTAT基准源的设计

3.3 BYPASS电路

3.4 逻辑控制模块

3.5 振荡器

3.6 功率放大器

3.7 ADC模块

3.8 3D音通道选择模块

3.9 温度保护电路

第4章 版图设计与芯片测试

4.1 版图设计的注意事项

4.1.1 静电放电防护(ESD)

4.1.2 CMOS闩锁效应

4.1.3 衬底耦合

4.1.4 MOS管的共质心版图

4.2 仿真与测试

4.2.1 整体仿真的性能指标

4.2.2 测试结果

第5章 结论

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢