随着便携式电子产品市场的快速发展，MP3播放器、DVD播放器和手机等便携式电子产品都面临延长电池使用时间的挑战。与传统的AB类等线性功率放大器相比，D类功放凭借功耗低、散热量较少、效率高、体积小、印制电路板(PCB)面积较小和成本较低的特点，在许多应用中取代传统的AB类功放已经成为必然趋势。因此对其进行研究具有十分重要的意义。本文设计了一款应用于便携式音频电子产品的脉冲宽度调制(PWM)D类音频功率放大器。文章首先比较了各类功率放大器的优缺点，对D类功率放大器的工作原理、采样方式、系统模型、负反馈对总谐波失真的影响、输出级的拓扑结构进行了详细的分析，提出了本论文采用的整体电路结构，放大器的结构特色有：采用噪声整形的负反馈来提高音频放大器的线性度，降低系统的失真；采用改进型的PWM调制方案并利用全桥输出级结构，无需输出滤波器，利用扬声器的电感实现音频信号的恢复，节省了应用电路的面积和成本。本文采用CSMC0.5umDPDMCMOS工艺，对每个模块电路都进行了详细的分析、设计，并使用Cadence的Spectre进行了电路的仿真和验证，模块电路包括带隙基准源、全差分运算放大器、PWM比较器、三角波振荡器、驱动电路、功率输出电路、过流保护电路、过温保护电路、欠压锁定电路等。对电路进行系统的仿真，仿真结果显示，该电路可以在2.7V~5.5V的电源电压范围内正常工作。5V的电源电压情况下，负载为4Ω时可达2W的输出功率，负载为8Ω，输出功率387mW时效率可达80.8%；正常工作情况下，静态电流1.914mA，关断电流小于0.5uA。该音频放大器主要应用于低功率输出的便携式产品中。