一种2.1声道+3D环绕立体声D类音频功放

摘要

D类音频功放由于其小体积、高效率、高线性度等优点而广泛应用于MP3、手机、笔记本电脑、平板电脑、平板电视等消费电子设备，所以高效率D类音频功放芯片设计一直是国内外产业界和学术界的研究热点之一。
　　论文分析了D类音频功率放大器的工作原理和关键技术，设计了一种2.1声道+3D环绕立体声低失真、低EMI、免滤波器的D类音频功率放大器，包括左声道、右声道和重低音声道。该电路的主要技术是:PWM调制技术实现高效率转换;立体声音效增强技术，增强了立体声效果;单环路反馈技术，提高了电路的电源抑制特性、降低了失真;双路反宽脉冲调制技术，降低输出管的纹波电流，提高效率，省掉负载端的滤波器;全H桥输出技术，增加了输出信号摆幅。该电路还集成了过温保护、过流保护、欠压保护等功能，提高了电路的适应能力，延长了工作寿命。
　　芯片采用Smic0.35μm5VCMOS工艺，在Cadence软件平台完成了电路设计及仿真、版图设计及验证等工作。在Cadence中的仿真表明:当芯片工作在普通模式（非3D增强模式）下时，左/右声道在5V工作电压、接4Ω负载情况、输入1KHz信号情况下，输出信号的THD=0.13％时，输出功率达到2.4W，效率达到90.7％。当芯片工作在3D增强模式下时，左右两个声道立体声增强度为21.3dB。重低音通道在5V工作电压、接2Ω负载、输入300Hz信号、输出功率为2.6W的情况下THD=0.43％，效率达到87％。左右声道的最大输出功率可以达到3W，重低音通道最大输出功率可以达到5W。芯片版图面积为2.45×2.24mm2。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 音频功放的技术背景和发展现状

1．2 论文主要工作及章节安排

第二章 D类功放的原理和关键技术

2．1 D类功放的基本结构

2．1．1 几种调制方式

2．1．2 输出级设计

2．2 立体声增强技术的原理

2．3 D类音频功放的性能指标

2．3．1 D类音频功放的效率

2．3．2 D类功放的失真

2．3．3 EMI(Electromagnetic Interference)

2．3．4 电源抑制

2．4 负反馈在D类功放中的应用

2．4．1 利用反馈进行噪声整形

2．4．2 利用负反馈改善THD性能

第三章 芯片的整体架构及子模块的设计与仿真

3．1 芯片的整体架构和功能特性

3．1．1 左(右)声道的电路结构

3．1．2 重低音通道的原理和结构简介

3．2 PTAT电流源和过温保护电路

3．2．1 PTAT电流源和过温保护电路的工作原理

3．2．2 电路的仿真结果

3．3 PWM比较器

3．3．1 PWM比较器电路的原理

3．3．2 比较器仿真结果

3．4 振荡器

3．4．1 振荡器电路的原理

3．4．2 振荡器仿真结果

3．5 电压放大电路

3．5．1 全差分跨导运算放大器

3．5．2 全差分跨导运算放大器仿真结果

3．6 积分器

3．7 过流预警电路

3．7．1 过流预警电路的原理

3．7．2 过流预警电路的仿真结果

3．8 驱动级电路

3．8．1 驱动级电路的工作原理

3．8．2 驱动级电路的仿真结果

3．9 重低音通路的AB类运放

3．9．1 AB类运放的电路和工作原理

3．9．2 AB类运放的仿真结果

3．10 单端信号变双端信号电路

3．10．1 电路的工作原理

3．10．2 电路的仿真结果

3．11 欠压预警电路

3．11．1 欠压预警电路的工作原理

3．11．2 欠压预警电路的仿真结果

第四章 芯片整体仿真和版图设计

4．1 芯片的仿真

4．1．1 芯片的管脚排列和典型应用电路

4．1．2 左(右)声道及立体声增强功能的仿真

4．1．3 重低音通道仿真

4．2 芯片的版图设计

4．2．1 版图设计时的注意事项

4．2．2 版图的验证

4．2．3 整体电路的版图

第五章 总结和展望

致谢

参考文献

研究成果