基于pwm調(diào)制方式便攜式無濾波d類音頻功放設(shè)計

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1、摘要摘要在便攜式電子產(chǎn)品領(lǐng)域，ClassD音頻功放憑借其高效率和高音質(zhì)逐漸替代ClassAB音頻功放成為主流。目前ClassD的研究熱點就在于保持其效率優(yōu)勢的同時降低成本、提高音質(zhì)以及抗EMI特性，本文就對以上幾點展開討論。本文設(shè)計了一種應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品中的PWM調(diào)制無濾波ClassD音頻功放。通過對采樣信號，及輸出信號的頻譜分析，確定系統(tǒng)采用的PWM采樣調(diào)制方式，進而確定系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)。分別設(shè)計開環(huán)與閉環(huán)結(jié)構(gòu)，分析比較兩結(jié)構(gòu)的THD值，效率及靜態(tài)電流等性能，顯示出閉環(huán)結(jié)構(gòu)的先進性。從系統(tǒng)穩(wěn)定性、PSRR、SNR、THD值要求等方面，對閉環(huán)系統(tǒng)進行設(shè)計

2、。首先建立系統(tǒng)線性模型，推導(dǎo)山各模塊電路傳遞函數(shù)及系統(tǒng)環(huán)路增益、PSRR和THD的表達式。保證系統(tǒng)穩(wěn)定性前提卜．，折衷THD。PSRR和SNR性能要求，確定系統(tǒng)主要模塊性能指標(biāo)。最后進行Matlab驗證。通過系統(tǒng)沒計得到主要模塊性能指標(biāo)，進行具體電路的設(shè)計。重點設(shè)計基準(zhǔn)偏置電路、前置放人器、PWM調(diào)制器、輸出功率級及各保護也路。分析ClassD音頻功放EMl的產(chǎn)生機制，采用三電平調(diào)制、擴頻技術(shù)和DeglitchLogic電路達到抑制系統(tǒng)EMI的效果。設(shè)計調(diào)頻振蕩器和DeglitchLogic電路，運用Cadence軟件對采用擴頻技術(shù)的開環(huán)ClassD系統(tǒng)

3、仿真驗證，證明在THD性能要求范圍內(nèi)，EMI得到了較好的抑制。采用CSMC0．5I．tm．下藝，運用Cadence和Hspice軟件，對系統(tǒng)進行仿真驗證。系統(tǒng)在8f2負(fù)載’卜．最人輸出功率為1．2W；開環(huán)系統(tǒng)最高效率可達91％，而閉環(huán)系統(tǒng)的最高效率可達93％：電源電壓5V、8f2負(fù)載、1w輸出功率、1KHz輸入信號頻率下，開環(huán)THD值達到O．18％，而閉環(huán)系統(tǒng)達到O．13％。通過其他條件下的仿真，證明了閉環(huán)系統(tǒng)在效率和THD性能上較開環(huán)系統(tǒng)均有所改善。但由于電路復(fù)雜性，閉環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)電流較大。以版圖的高度匹配性為原則，設(shè)計開環(huán)ClassD電路版圖，同時設(shè)計

4、了PAD和ESD靜電保護電路版圖，通過了DRC和LvS驗證。本文主要創(chuàng)新點：設(shè)計調(diào)頻振蕩器和DeglitchLogic電路，在保證系統(tǒng)基本性能的前提_卜．，達到抑制系統(tǒng)EMI的效果。關(guān)鍵詞：ClassD音頻功放；無濾波；PwM；THD．效率；EMIAbstractClassDaudioPAshowsrapidgrowthtrendcomparedwithClassABPAbecauseofitshi曲efficiencyandfineTHDintheportableelectronicproducts’fields．Now,reducingthecost

5、，improvingTHDandreducingEMIarethehotpointsofClassDresearch．TheportablePWMfilterlessClassDPAisdesignedinthethesis．ThemodeofPWMmodulationisdiscussedaccordingtoanalysisofspectrumofsamplingsignalandoutputPWMsignal．Furthermorethewholestructureofthesystemisconfirmed．Thenthetypicalopen-

6、loopsystemandclosed—loopaledesignedatthesametimeforcomparison．Theclosed-loopsystemdesignisbasedonsystemstabilityaswellastheanalysisofTHD，SNRandPSRR．ThesystemLoopGain，PSRRandTHDfunctionsarededucedbasedonthesystemlinearmodelandsimulatedbyMatlab，thenconfirmtheparametersofimportantci

7、rcuits．TheEMIofPWMClassDaudioamplifierisanalyzed．EMIisreducedbyimprovingthemodulationcircuit，utilizingUPWM，spreadspectrumOSCandDeglitchLogic．OpenloopClassDsystemisimplemented，andsimulationisdonewithCSMC0．5“mCMOStechnology．ThevalidityoftheimprovedsystemtopologywhichreducedEMIisver

8、ified．TheTHDoftheimprovedandunimprovedsy