数字音频功率放大电路的设计与研究

摘要

音频功率放大器是功率集成电路中的一个重要组成部分，并且广泛应用于消费类电子产品中。我国是全球最大的消费类电子商品市场和生产基地，音频功放的需求日益增加，因此研究音频功率放大器具有非常重要的意义。 传统的模拟音频功率放大器虽然具有很高的保真度，但是却存在功耗高、效率低等致命缺点。随着集成电路技术的发展，移动电话、数字媒体技术、平面电视、便携式数字产品等对音频功放提出了体积小，效率高的要求。数字D类音频功放凭借其高效率、低功耗的特点正逐渐取代传统的模拟音频功率放大器。 本文设计的数字D类音频功放芯片通过引入通信领域的∑-△调制技术，使D类功放可以不需要经过D/A转换就可以直接放大数字音源。论文首先对模拟功率放大器和数字功率放大器的进行了比较分析，并详细阐述了各种运放的工作原理，指出了数字功放相对于模拟功放的优势所在；紧接着研究了∑-A调制技术，对∑-A调制技术中所采用的关键技术进行了深入的研究分析，在此基础上得出了设计稳定的∑-A调制系统的条件，从而设计出适用于数字功放的∑-A调制器系统框图；文章最后在Cadence工作平台下对系统内部具体电路进行了设计，包括运算放大器电路、积分器电路、比较器电路、滤波器电路以及基准电压电路等，并对具体电路采用Hspice软件进行仿真分析。通过最后对整体电路的总体仿真结果可知，本文所设计的数字功放SFDR为72dB，对应的THD小于0.05％，基于∑-A调制的D类功放系统稳定，性能良好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1数字音频功率放大器的研究背景与发展现状

1.1.1数字音频功放与模拟音频功放的对比

1.1.2数字音频功放及开关功率放大器的国内外现状

1.2本文的主要工作及组织结构

1.3本章小结

第二章音频功率放大器及其设计

2.1传统模拟功率放大器

2.1.1 A类放大器

2.1.2 B类放大器

2.1.3 AB类放大器

2.2数字(D类)功率放大器

2.2.1传统数字(D类)功率放大器

2.2.2基于数字信号处理的数字功率放大器

2.3功放的设计

2.3.1功放设计考虑的性能指标

2.3.2功放实现的制约因素

2.3.3功放的设计指标

2.3.4功放的设计步骤

2.4本章小结

第三章∑-△调制的基本原理与分析

3.1∑-△调制器原理

3.1.1增量调制原理

3.1.2调制解调原理

3.1.3∑-△调制器的过采样技术

3.1.4∑-△调制器的噪声整形技术

3.1.5二阶与高阶∑-△调制

3.2∑-△调制的种类

3.3∑-△调制的稳定性分析

3.3.1一比特量化器的非线性模型

3.3.2∑-△调制器的稳定性设计分析与考虑

3.4本章小结

第四章基于∑-△调制技术的D类功放电路的系统设计

4.1基于∑-△调制技术的D类功放系统结构

4.2∑-△调制系统设计

4.3本章小结

第五章数字功放电路的设计与仿真

5.1运算放大器的设计

5.2积分器电路

5.3比较器电路

5.4巴特沃斯滤波器的电路实现与仿真

5.5基准电压电路

5.6基于∑-△调制的数字功放总体电路仿真

5.7本章小结

第六章总结与展望

5.1本论文的主要工作

5.2下一步的工作

致谢

参考文献

附录： 作者在攻读硕士学位期间发表的论文