【硕士论文】CMOS音频功率放大器的设计与实现.pdf

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1、兰州大学硕士学位论文CMOS音频功率放大器的设计与实现姓名：赵寿全申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：何山虎20070601摘要音频功率放大器是功率集成电路的重要组成部分之一，在消费类电子产品中得到广泛应用。低成本、高品质一直是音频功率放大器所追求的目标。传统音频功率放大器采用双极型工艺设计，基于良好的双极型三极管特性；cMos技术虽具有低成本的优点，但存在较大的输出管尺寸、驱动低阻抗负载的稳定性和噪声干扰问题，从而限制了酬oS技术前进步伐。电路设计考虑到对输出电压摆幅的限制和共模噪声的抑制，采用级

2、联形式的桥式结构；音频功放模块划分为：输入级、输出级、基准电流偏置模块、热敏关断模块、模式转换和外部控制模块、“POP”抑制电路模块；电路设计采用0．5umCMOS工艺，测试结果显示：放大器开环增益为60dB、相位裕度为65。、PSRR为68dB、单位增益带宽3姗z、静态电流小于lOmA，显示出优良的闭环稳定性和抗电源噪声干扰能力；总谐波失真加噪声低于1％时，4o负载下实现2．5w的额定功率。本文首先给出四种功率放大器的分析和比较，以及相应的工作原理和优缺点；接着对CMOSAB类功率放大器进行详细介绍，根据设计要求给

3、出逻辑电路、版图设计及后端仿真；最后基于提供的系统应用电路，完成双声道音频功率放大器芯片测试工作。关键词功率集成电路AB类放大器总谐波失真单位增益带宽AbstractAudiopoweramplifierisanimportantpartofpowerintegratedcircuitswhichiswidelyusedinco幡umerelectronicproducts．Audiopoweramplifiershavedrivenforlowcostandhighperformance．Majorityofcon

4、ventionalpoweramplifiersaredesignedusingbipolartechnologyonthebasisofwell—knownmeritsofbipolartransistors．AlthoughCMOStechnologyofferslowcostalternatively,theysuffermajorproblemssuchaslargesizeinoutputtransistors，stabilitiesondrivinglowresistiveathiighbandwidth

5、，noiseandSOforth．Consideringoutputvolmgerangeandcommon-modenoiserejection，weadoptbridgestructureofseriesform．Audiopoweramplifierincludesinputstage、outputstage、referencebiasingcurrentmodule、thermalshutdownmodule、modeswitchingandoutsidecontrollingmodule、“POP”reje

6、ctioncircuitsmodule．Ina0．和mCMOStechnologythesimulatedresultshowsthattheopen-loopgailIis60dB，thephasemarginisupto650，thePSRRis68dB，theunitygain-bandwidthis3MHz，thequiescentsupplycurrentislOmAandrealized2．5Wratedpowerintoa40load．Thispaperatfirstintroducesclassifi

7、esofpoweramplifiersandtheirprinciples、virtuesandflags．ThenitdetailedintroducesCMOSABclasspoweramplifier,andpresentstotalcircuits、layoutdesignsandsimulations．Finally,itsuppliessystemapplicationcircuitsandcompletethechiptestworkofaudiopoweramplifier．Keywords：Powe

8、rIntegratedCircuitsTbtalHarmonicDistortionClassABAmplifierUnityGain—Bandwidth图目录图IA类放大器结构简化图和输出特性曲线图2MOS管N1波形⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．图3B类放大器简化图和转移特性曲线图图4不同幅度输入信号条件下的输出波形图5双极型AB类放大器图6基本的D类功率