高集成度BTL音频功率放大器

摘要

本发明公布了一种高集成度BTL音频功率放大器，集成了BTL应用所必须的结构，无需外围调试元件，本发明包括4个AMP，2个跨导放大器，放大器A、B为主要放大器，提供主通路；放大器C、D、E组成输出共模失调补偿模块，其中C、D还是音频功放的上下驱动单元；跨导放大器E，负责检测BTL两端直流共模失调，反馈到电流控制端微调整电流，进而减小失调，还在输出削波时，E还可以微调增益，使输出两端增益完全相同，使输出功率达到最大，效率最高；F跨导放大器负责提供除米勒补偿外的系统的频率补偿，其等效容量为100nF，为系统提供足够的相位余量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种音频功率放大电路，特别涉及BTL应用音频功放中的失调补偿、增益补偿、及相位补偿。 

背景技术

 在同样电压下，为了得到更高的音频输出功率，都会采用BTL方式应用，如图1所示是一种比较流行的用法，本用法省去了输出耦合电容，也降低外部分压消耗，但是本用法有两个缺点：没有失调补偿电路，输出外部需要补偿电容，BTL应用对电路输出端的失调电压要求特别高，如果失调处理不当，反而会影响静态功耗，还会产生很大的电流声，在大信号输出削波时，如果两端增益有差别，会影响整体的输出效率；另外BTL应用时电路较单声道应用使电路更加不稳定，相位余量变小，一般解决方式是外接100nF的电容，但是本发明改进内部结构，无需外部任何补偿电容。 

发明内容

技术问题：本发明主要解决BTL失调及增益不一致问题，及电路稳定性问题。 

技术方案： 

    本发明包括4个AMP，2个跨导放大器，放大器A、B为主要放大器，提供主通路，放大器C、D、E组成输出失调补偿模块，其中C、D还是音频功放的上下驱动单元，跨导放大器E，负责检测BTL两端直流共模失调，反馈到电流控制端微调整电流，进而减小失调，还在输出削波时，E还可以微调增益，使输出两端增益完全相同，使输出功率达到最大，效率最高，基准电流模块，负责为输出端提供较为准确的输出中点，F跨导放大器负责提供除米勒补偿外的系统的频率补偿，其等效容量为100nF，为系统提供足够的相位余量。

有益效果：由于采用了失调补偿网络，电路随工艺的波动，失调明显减小，离散程度也大大降低，较没有此补偿网络的电路，在输出效率上面也有一定的提高，由于集成了BTL必须的104电容，使外围简化，应用更加简单，系统更加稳定。 

附图说明

图1一般BTL功能框图。图中包括：第一运放 A、第二运放 B。 

图2为带失调补偿及频率补偿的框图。图中包括：第一运放 A、第二运放 B。 

第三运放 C、第四运放 D、第五跨导放大器 E、第六跨导放大器 F。 

图3为阻抗等效图。

具体实施方式

本发明中利用了六个放大器，其中A、B确定主通路的增益，BTL的闭环增益 

GV={1+R2/(R1+R3)}+R4/(R1+R3)}+ΣGV（修正）；,为了弥补工艺的波动，必须设置成其中R2=R4,R1=R3；如果在两运放增益不一致时，就会出现共模失调，偏离中点，补偿电路会启动，调整增益补偿电流，适当的降低先削波的运放，使两路增益完全一致。

共模失调，电路本身设置了一个基准电流i0=（VCC-2Vref）/R2，假设完全对称，没有补偿的电流的前提下,基准电流被运放A、B平分，在运放A中流经电阻R2电流等于运放B中流经电阻R4的电流，所以A运放输出中点为: 

VA=i0*R2/2+Vref=Vref+VCC/2-Vref=VCC/2

设置Vref的目的是为了提高输入端承受的最大输入电平。

同理VB=VCC/2。 

实际中运放A、B存在共模失调，运放C、D负责检测失调，当输出增益不匹配时，vo电压偏离中点，启动增益补偿电路，输出补偿电流，进而调整增益偏大的通道，使两路输出的增益相当；当工艺波动引起输出共模失调时，共模电压检测电路启动，输出矫正电流，调整输出中点，达到矫正静态失调的作用。C、D是一简单的闭环应用运放，增益设置为3；由于设置在输出驱动部分，还起到减小输出的THD，进而减小整体的失真度。 

由于采用的是BTL应用，两个单独工作的系统A、B，组合在一起，所需要的频率补偿更加复杂，本发明选择补偿点在G点，从整个系统来看，假设输入段接地，G点是系统的交流地，如果系统在上电、或其它干扰使A、B输出存在高频失调，那么G点存在干扰脉冲，由于是BTL应用，此干扰经过A、B的反馈一直持续下去，形成震荡，此震荡将一直持续下去，形成自激。此现象是不是一般的相位补偿理论， 

因为A、B自身的频率补偿没有问题，单独工作非常稳定，但是组合成BTL应用，为了系统的稳定，需要重新额外设定补偿网络。本发明在G点设置一到地电容，作为高频交流地，使A、B输出的高频波经反馈后直接经补偿电容到地，不流经主通路，形不成正反馈。防止高频自激。下面推导如何实现100nF电容。

假设流入的电流为i,端口电压为v，电阻两端电压为VR,到地电容为c,等效阻抗为rin；等效等效电容为cin；gm跨导放大器的跨导为A；则满足如下关系式: 

i=VR*A+VR/R（1）

v=VR/jωc*R +VR(2)

由（1）、（2）可以得出rin=ri+cin=1/A*R+1/ jωc*R*A（3）,等效图如图3所示。

其中ri=1/A*R；cin=1/jωc*R*A；ri≈0，等效电容cin= (A*R) 1/jωc,所以等效电容放大了(A*R)倍；假设跨导为A=10，R=10K，内部集成电容c=1pF,所以cin=(10*10k*1p)F=100nF；利用了较小电容，实现大电容的功能，消除了高频自激。