1.3W CMOS全差分音频功率放大器设计

摘要

本文提出了一款基于CMOS工艺的全差分轨至轨折叠型共源共栅结构AB类音频功率放大器产品的设计，其系统包含有偏置模块、温度保护模块、控制模块及核心功率运算放大器模块。整个系统具有较大的共模信号输入范围，极低的关断电流及较低的静态工作电流，电源抑制比和共模抑制比高，使得系统具有较好的噪声抑制特性。轨至轨的输出级保证了系统具有较大的输出动态范围和较强的负载驱动能力。其输入级采用轨至轨(Rail-to-Rail) PMOS、NMOS互补型输入结构，以使其具有较宽的共模输入范围(CMIR)，输入共模电平可以达到0.5V~(V<,DD>-0.8)V。增益部分采用折叠型共源共栅(Folded-Cascode)结构，以获得高的交流增益和输出阻抗。功率放大器的全差分输出级采用对称的轨至轨(Rail-to-Rail) PMOS、NMOS共源AB类(ClaSS-AB)输出结构，并采用典型的浮动电压源AB类输出偏置控制方式，使输出信号范围最大，以增强小负载驱动能力；采用这种输出结构还具有谐波失真小、电源效率高的优点。放大器的共模反馈模块使得系统在不同的输入共模电平条件下输出信号偏置电压均稳定在V<,DD>/2附近，并建立了正常的系统直流工作点。

目录

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摘要

第一章引言

第二章音频功率放大器介绍

2.1 模拟音频功率放大器

2.2 D类音频功率放大器

2.3 AB类音频功率放大器

本章小结

第三章系统及电路设计

3.1 系统结构设计及电性指标定义

3.2 BIAS模块设计

3.3 全差分功率放大器设计

3.4 共模电平产生模块(VCOM)设计

3.5 控制模块(Control)设计

本章小结

第四章电路仿真

4.1 运算放大器开环交流性能仿真

4.2 闭环交流特性曲线

4.3 共模输入范围

4.4 直流增益随输入共模电压变化曲线(Vdd=5V)

4.5 共模反馈环路稳定性分析

4.6 静态电流随电源电压变化曲线

4.7 静态电流随SHD电压变化曲线

4.8 共模电平建立与释放

4.9 输出信号的谐波失真与输出功率的关系曲线

4.10 系统功耗随输出功率的变化

本章小结

第五章版图设计

5.1 一般注意事项

5.2 ESD保护设计

5.3 版图规划(Floor-plan)

5.4 版图实现

第六章测试结果

6.1 Vdd=5V时的电学性能指标

6.2 Vdd=3.6V时的电学性能指标

6.3 Vdd=2.5V时的电学性能指标

6.4 输出共模电平

6.5 温度保护测试

6.6 ESD(人体模型)、Latch-up测试

本章小结

第七章总 结

参考文献

致谢