一款高效率、超低EMI、无需滤波的D类音频功放的设计

摘要

随着科学技术的日益发展，各种便携式电子产品已经成为人们生活中不可缺少的一部分。音频功率放大器作为连接电子产品和人们听觉的纽带而得到了广泛的应用。D类放大器凭借着传统线性功率放大器无可比拟的效率优势，在注重节约能源的今天受到了越来越多的关注。但是，D类放大器线性度相对较差，在开关过程中产生的EMI也是一个让人困扰的难题，人们在改善D类放大器THD、降低其EMI的方向上做了大量的努力和技术创新。本文设计的一款高效率、超低EMI、无需滤波的D类音频功放在理论上和实际应用上都有一定的意义。
　　本文主要从两个方面降低D类功放的EMI，一是采用扩展频带技术，通过降低高频噪声的能量峰值来降低EMI；二是采用零死区栅驱动技术，功率管在开关过程中同时切换避免体二极管导通，消除了体二极管反向恢复电流脉冲产生的EMI。在降低THD方面，一是采用负反馈技术对噪声进行整形，将音频范围内的噪声滤掉；二是采用两个积分器级联的结构，增大系统的环路增益来改善THD和PSRR，输出级的零死区时间设计也能起到了改善THD的作用；三是集成了Click-Pop噪声抑制模块，能很好的抑制芯片上电和掉电时产生的咔嗒声。另外采用最小导通时间控制的三态调制技术，避免无输入信号时造成不必要的功率损耗，使得无滤波器设计变得可行。
　　论文对D类放大器的基本工作原理以及优缺点进行了比较详细的介绍，对作者自己负责的子模块进行了设计和仿真，这些子模块包括：基准电流源、电平移位电路、零死区栅驱动电路和过温保护电路。最后对系统的闭环传递函数和环路增益进行了较为详细的推导、分析以及仿真验证。

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第一章 引言

1.1 音频功放发展现状

1.2 D类功放发展前景

1.3 课题来源及预期目标

1.4 本论文主要内容

第二章 音频功率放大器简介

2.1功率放大器的分类

2.1.1 A类放大器

2.1.2 B类放大器

2.1.3 AB类放大器

2.1.4 C类放大器

2.1.5 D类放大器

2.2 D类功率放大器基本调制技术

2.2.1 PWM调制技术

2.2.2 Sigma-Delta调制技术

2.2.3 One Cycle Control调制技术

2.2.4 Bang-Bang调制技术

2.3 D类放大器主要性能参数

2.3.1 D类放大器效率分析

2.3.2 总谐波失真（THD）

2.3.3 信噪比（SNR）

2.3.4 转换速率

2.3.5 电磁辐射（EMI）

2.3.6 咔嗒声抑制

2.4 D类放大器的控制技术

2.4.1 功率输出级的设计

2.3.2 负反馈控制技术

第三章 芯片关键技术与系统介绍

3.1 芯片采用的几项关键技术

3.1.1 Click-Pop噪声抑制

3.1.2 扩频技术

3.1.3 零死区栅驱动技术

3.1.4 最小导通时间控制

3.1.5 外同步时钟技术

3.1.6 欠压以及保护电路

3.2 芯片功能模块介绍

第四章 芯片电路设计和仿真验证

4.1 芯片子电路设计与仿真

4.1.1 基准电流源的设计

4.1.2 电平移位电路（Level-shift）的设计

4.1.3 零死区栅驱动电路的设计

4.1.4 过温保护电路的设计

4.2 芯片系统设计与仿真分析

4.2.1 芯片闭环传递函数分析

4.2.2 芯片环路增益分析

第五章 结论

致谢

参考文献

硕士期间取得的研究成果