基于BiCMOS的D类功率放大器的设计开发

摘要

音频功率放大器在现代人们的日常生活中起着很重要的作用.特别是进入21世纪以后，各种应用于便携式，如手机和无线设备，PDA和手持设备，MP3等多媒体播放器中的音频功率放大器成为一种重要的发展趋势。低失真、大功率、高效率是对功率放大器提出的普遍要求。工作在开关状态下的D类功率放大器采用完全不同的放大机理却很容易实现大功率、高效率，耗散功率小，产生热量少，可以大大减少散热器件的尺寸。
　　 早期的BiCMOS工艺，由于工艺技术和设备的问题，双极和CMOS两种技术的集成度都不高，二者的组合在实现了技术参数的需求的情况下，带来的是电路尺寸大、可靠性差和成本高等缺点，导致市场的推广应用很缓慢。随着双极和CMOS工艺技术和设备的发展，各自为提高电路性能和可靠性都增加了许多工艺环节，例如外延、深槽隔离、多晶硅自对准等新技术，使工艺复杂性和制造成本大为提高，二者的工艺和设备的差异也日趋模糊，同时，集成度也得到了大幅度的提高，因此结合两种技术优势的BiCMOS技术便开始迅猛发展了起来。功率放大器，作为最基本的模拟器件之一，首先应用于BICMOS工艺技术的产品。
　　 本论文首先详细研究了D类音频放大器和相关的BICMOS的基本原理和结构，并在此基础上综合现阶段国内市场对D类功率放大器的需求，开发了基于0.6um特征线宽、双层多晶、双层金属的多晶发射极BiCMOS工艺的D类功率放大器。该D类音频放大器，在5V电压下可以以1.4W/Ch的功率驱动阻抗为8Ω的负载。它同样可驱动阻抗为4Ω的负载，5V电压下提供的最大功率为2.1W/Ch。同时还详细描述了前置音频放大器，三角波产生电路、比较器，死区控制电路，输出驱动电路等子模块的设计内容。电路在Cadence环境下进行设计和仿真验证，经过仿真表明电路设计性能良好，符合设计要求。可广泛应用于便携式电子产品。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题背景与意义

1.1.1 音频放大器的发展

1.1.2 功放的工艺的发展

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究目标和主要内容

1.4 论文组织

第二章 D类功率放大器分析

2.1 D类放大器

2.2 D类放大器与其他放大器的比较

2.3 D类音频放大器的优点

2.4 D类音频功率放大器的发展

第三章 BiCMOS工艺技术与集成

3.1 BICMOS工艺的发展

3.2 BiCMOS工艺的应用

3.3 BiCMOS工艺技术的现况

3.4 BiCMOS工艺结构

3.5 多晶硅发射极BICMOS工艺特点

3.6 完整的工艺流程介绍

第四章 D类功率放大器设计及逻辑实现

4.1 D类功放系统设计

4.2 单元电路设计

4.2.1 前置音频放大器

4.2.2 电流基准源

4.2.3 电压基准源

4.2.4 全差分运放

4.2.5 三角波产生电路

4.2.6 电压比较器

4.2.7 输出级的设计

4.2.8 死区控制电路的设计

4.2.9 功率输出级H桥的设计

4.2.10 栅驱动电路的设计

4.2.11 电路保护

4.2.12 反馈设计

4.2.13 系统仿真结果及分析

第五章 D类功率放大器的版图实现

5.1 本颗D类功率放大器的器件

5.2 单元电路的版图实现

5.3 电路的全局版图实现

第六章 全文总结

致谢

参考文献

附录攻读硕士学位期间发表的主要论文