13W+CMOS全差分音频功率放大器设计

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1、论文独创性声明本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。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均己在论文中作了明确的声明并表示了谢意。作者签“润r日期Y0,b.}z论文使用授权声明本人完全了解复旦大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定。作者签名:*41导师签名

2、:-蜘1日期户三生兰工程硕士论文1.3WCMOS全差分音频功率放大器设计摘要本文提出了一款基于CMOS工艺的全差分轨至轨折叠型共源共栅结构AB类音频功率放大器产品的设计，其系统包含有偏置模块、温度保护模块、控制模块及核心功率运算放大器模块.整个系统具有较大的共模信号输入范围，极低的关断电流及较低的静态工作电流，电源抑制比和共模抑制比高，使得系统具有较好的噪声抑制特性。轨至轨的输出级保证了系统具有较大的输出动态范围和较强的负载驱动能力。论文的核心是全差分功率运算放大器的设计。其输入级采用轨至轨(Rail-to-R

3、ail)PMOS,NMOS互补型输入结构，以使其具有较宽的共模输入范围(CMIR)，输入共模电平可以达到0.5V"(VDc-O.8)V。增益部分采用折叠型共源共栅(Folded-Cascode)结构，以获得高的交流增益和输出阻抗。功率放大器的全差分输出级采用对称的轨至轨(Rail-to-Rail)PMOS,NMOS共源AB类(Class-AB)输出结构，并采用典型的浮动电压源AB类输出偏置控制方式，使输出信号范围最大，以增强小负载驱动能力;采用这种输出结构还具有谐波失真小、电源效率高的优点。放大器的共模反馈模块

4、使得系统在不同的输入共模电平条件下输出信号偏置电压均稳定在V献2附近，并建立正常的系统直流工作点。文中还从产品的角度介绍了温度保护模块和控制模块的设计，以使本设计具有一定的产品适用性.温度保护模块是防止由于电流过大而导致的系统温度过高，从而防止实际芯片烧坏.系统工作温度的最高设计值设定在1551C。控制模块是控制系统在上电、掉电、开启、关断，以及过温保护等不同条件和状态下的工作模式，以使得系统除了具有自我保护的能力外，还能正常的开启和关断，并且节省功耗，同时减少开关噪声。系统电路设计采用了低电压的设计方法，电源

5、电压工作范围达到2.5V-5.5V,Spectre仿真显示，5V电源电压情况下，系统的静态工作电流为3.185mA,漏电流为529pA;在负载为80,THD+N=<1%时输出功率达1.38W:输入共模范围为0.01V-4.86V;系统交流开环增益为89dB，电源抑制比达一90dB,共模抑制比为一65dBa关键词:全差分轨至轨折叠型共源共栅结构浮动电压源AB类中图分类号:TN4工程硕士论文1.3WCMOS全差分音频功率放大器设计AbstractAdesignofCMOSfull-diferentialfolded

6、-cascodeclass-ABaudiopoweramplifierisdescribed玩this比esis.Theaudiopoweramplifierconsistsofbiasmodule,temperatureprotectmodule,controlmoduleandcoreoperationalamplifiermodule.Ithashighwidecommon-modeinputrange,ultra-lowshutdowncurrentandlowquiescentcurrent.High

7、CMRRandPSRRensureithasgoodnoiserejectioncharacteristics.Andrail-to-railoutputstageguaranteesthehighoutputdynamicrangeandstrongdrivestrength.Theinputstageofthispoweramplifierisrail-to-railPMOSNMOScomplementaryinputstructure.Thusithaswidecommon-modeinputrange(

8、CMIR)0.5Vto(VDD-0.8V).Thegainstageadoptsfolded-cascodestructureinordertogethighACgainandhighoutputimpedance.Fully-diferentialsymmetricalrail-to-railclass-ABoutputstructureisusedfortheoutputstage