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D类放大器提出于1958年,由于它的输出信号是一系列脉宽不等的数字信号,又称为开关放大器。随着便携式电子产品市场的快速发展, MP3播放器、PMP和手机等便携产品都面临延长电池使用时间的挑战。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。
本论文设计了一款基于CMOS工艺的低功率脉冲宽度调制(PWM)D类音频功率放大器芯片,并介绍了该芯片系统级和电路级设计的实现。文章首先陈述电路实现的系统模型,主要是结合负反馈网络建立整个系统的简化模型,进而分析影响电路重要性能指标比如总谐波失真(THD)的相关因素;其次,对各个电路模块分别做详细的论述,包括前置运放、积分器、PWM比较器和功率管驱动电路等;最后,简要概括了芯片所采用的工艺、封装和测试情况。
该D类放大器芯片采用低成本0.6μm双多晶双铝(DPDM) CMOS工艺实现,占用面积1.3mm×1.6mm。对芯片在TSSOP-16封装条件下进行了细致的测试和验证。在电源电压5V和信号频率IK条件下的测试结果表明:静态电流3.76mA(无负载)、输出功率可达2W(负载4Ω)和效率高达75%(负载8Ω)以上。芯片工作电源电压范围为2.7V~5.5V,该芯片主要应用于要求低功率输出的便捷式产品中。