基于FPGA的PWM D类音频功率放大器的设计

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1、摘要摘要数字D类音频放大器，也叫数字脉冲调制放大器，具有效率高，低电压，低失真的特点，在低成本，高性能的消费类产品特别是便携式设备中得到越来越广泛的应用。数字D类放大器包括数字脉冲宽度调制(PWM)和输出级(含低通滤波器)两个部分，数字PWM又包括两个部分，采样处理和脉冲产生。传统的采样处理算法运算复杂，硬件实现成本高，面积大，从而导致功耗也大，不适合当今向低功耗发展的趋势。本文在传统算法的基础上提出了一种新的算法，该算法不包括乘法或者除法这些计算复杂和非常消耗硬件资源的单元，只含加法和减法运算。在推导

2、出该算法的傅立叶表达式后，在MATLAB的simulink中建立系统模型进行仿真以验证算法的可行性，在输入信号频率为lkHZ，采样频率为48kHZ，电源电压为10V，输出负载为4Q的条件下，得到的总谐波失真为0．12％，符合D类放大器的性能要求。本文还在基于Xilinx公司的Spartan-3系列FPGA的基础上实现了该算法的电路结构，综合结果表明，实现基于本文算法的数字D类音频系统所需要的硬件资源大大减少，从而减少了功耗。关键词：D类放大器脉冲宽度调制采样算法数字音频放大器FPGAAbstractDi

3、gitalClass-Daudioamplifiers(amps)，alsoknownasdigitalpulsemodulationamps，featureslow-voltage，lowdistortionoperationandhighpowerefficiency．Asaconsequence，digitalClass-Damplifiersareincreasinglyprevalentinlowcosthighperformanceconsumerelectronics，especially

4、forportabledevices．AdigitalClass—DamplifiercomprisesadigitalPulseWidthModulation(PWM)andanoutputstage(andlowpassfilter)．ThedigitalPWMinvolvestwosteps：thesamplingprocessandthepulsegeneration．Theconventionalsamplingprocesseshave虹leiralgorithmiccomplexity．A

5、saresult，thehardwareisrelativelycomplexconsequentlyrequiresmorepowerdissipation．Inthispaper,weproposeanovelsamplingprocess．Theprocessdoesnotreq疵edivisionormul邱licationoperation,featuresasimplecircuitimplementation．WeanalytieallyderivethedoubleFourierseri

6、esexpressionfortheprocessandmodeltheClass—DamplifierinthesimulinkofMATLABtoverifythefeasibility．Thetotalharmonicdistortion(WilD)isO．12％@10vpowersupport，1-kHZinput,48-此sampling，4Qload．AFPGA-basedClass-Daudioamplifierprototypeisdevelopedandrealized．Thesynt

7、hesisresultsindicatethattheClass-DampliferbasedonthesampliIlgprocessinthispaperrequirelesshardware．Asaconsequence，powerdissipationisredl】ced．Keyword：Class-DamplifierpulsewidthmodulationsamplingprocessdigitalaudioamplifierFPGA西安电子科技大学学位论文独创性(或创新性)声明秉承学校严谨

8、的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。．申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：日期』型纽!丝关于论文使用