PWM調(diào)制的無濾波Class D音頻功率放大器的設(shè)計(jì).pdf

1、隨著便攜式產(chǎn)品需求量不斷增加,Class D數(shù)字功放因相比Class AB線性功放更符合便攜式發(fā)展趨勢(shì)從而成為研究熱點(diǎn)。Class D功放的發(fā)展趨勢(shì)為保持效率優(yōu)勢(shì)的同時(shí)成本降低、音質(zhì)趨近Class AB功放,本文就圍繞這兩點(diǎn)展開。 本文采用正向設(shè)計(jì)的方法,設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于便攜式產(chǎn)品中的PWM調(diào)制無濾波Class D音頻功率放大器系統(tǒng)。根據(jù)便攜式產(chǎn)品對(duì)音頻功放的要求,設(shè)定了合理的系統(tǒng)性能指標(biāo)和詳細(xì)地論證了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇。性能方面分

2、析了效率和THD的影響因素和改進(jìn)方法。結(jié)構(gòu)方面根據(jù)無濾波系統(tǒng)的性能要求選擇三電平雙邊PWM采樣調(diào)制方式。同時(shí)設(shè)計(jì)了閉環(huán)濾波式結(jié)構(gòu)和基本開環(huán)結(jié)構(gòu),以進(jìn)行性能比較,突出無濾波調(diào)制方式的先進(jìn)性。 主要從系統(tǒng)穩(wěn)定性、THD要求和PSRR要求三個(gè)方面進(jìn)行無濾波調(diào)制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先建立系統(tǒng)的線性模型,推導(dǎo)出各模塊電路的傳遞函數(shù)及系統(tǒng)環(huán)路增益和PSRR的表達(dá)式。明確了在確保系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下折中THD和SNR的設(shè)計(jì)思路。最后進(jìn)行Matlab驗(yàn)證

3、。 通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析出關(guān)鍵模塊電路的性能指標(biāo),從而進(jìn)行具體模塊電路的結(jié)構(gòu)選擇和參數(shù)設(shè)計(jì)。重點(diǎn)設(shè)計(jì)了功率級(jí)和一階積分器,同時(shí)設(shè)計(jì)了三角波發(fā)生器、前置放大器、比較器、偏置和模擬地產(chǎn)生電路。 采用CSMC 0.5μm工藝,運(yùn)用Cadence和Hspice軟件,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。首先驗(yàn)證了閉環(huán)無濾波系統(tǒng)在2.5V至5V內(nèi)可以正常地工作；8Ω負(fù)載下最大輸出功率為1.2W;系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)90.13％；8Ω負(fù)載、0.5W輸

4、出功率、5KHz輸入信號(hào)頻率條件下THD最低可為0.3935％；其次,從效率和THD性能指標(biāo)的角度,比較了開環(huán)結(jié)構(gòu)、閉環(huán)濾波式結(jié)構(gòu)和閉環(huán)無濾波結(jié)構(gòu)。效率方面,閉環(huán)結(jié)構(gòu)優(yōu)于開環(huán)結(jié)構(gòu)；大功率時(shí)閉環(huán)濾波式系統(tǒng)和無濾波系統(tǒng)的效率一樣,小功率時(shí)閉環(huán)濾波式系統(tǒng)的效率略高于無濾波系統(tǒng)的效率。THD方面,兩個(gè)閉環(huán)結(jié)構(gòu)THD相對(duì)開環(huán)結(jié)構(gòu)均有所改善,但無濾波閉環(huán)結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)于開環(huán)結(jié)構(gòu)。由此證明閉環(huán)無濾波結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性。 本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：采用正向設(shè)計(jì)的