音频对数放大.doc

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1、第一章绪论1.1研究背景进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD等等。所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器[1]。音频放大器已经快有一个世纪的历史了，最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大器。然而直到现在为止，它还在不断地更新、发展、前进。主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种，也是最基本的一种。为了满足它的需要，有关的音频放大器就要不断地加以改进。在当今的音频

2、设备市场上，如何满足那些非常挑剔的消费者也是设计人员面临的一大挑战。近年来，由于新工艺、新材料的采用，用于便携式电子设备的音频IC的集成度不断提高，同时更高速、低功耗的超大规模集成电路的设计和上艺技术也有了很大的进步，使得便携式电子设备以极快的速度迅猛发展，并且不断的朝着追求超小型化、超薄化、低成本化、高可靠性的趋势发展，这就对便携式音频产品提出了新的要求和挑战[2]。1.2研究目的和意义在信息采集和处理的过程中，对数放大器得到了一定应用。有些非电物理量是按指数规律变化的，经传感器所得到的电信号也是指数规律的，所以需要用对数放大器将其线性化，以便仪器仪表进行线性显示，方便读数[3]。高质

3、量对数放大器的实现常常不是很容易的，主要问题是线性度指标和温度漂移。在上述问题中，虽然有一些现行文献介绍的对数放大器，但多数指标不高，或不太实用。因此，研究对数放大器，是有其实际工程意义的。本课题是设计20Hz~20kHz，放大倍数100dB，与所选择声频传感器阻抗相匹配的8路放大器[4]。1.3国外研究现状在许多文献中，对数放大器的分类也是相当混乱的，根据实现对数函数依据的不同,有的将其分为二极管、三极管对数放大器和级联对数放大器，有的将其分为真对数放大器和似对数放大器等等。但几十年来，随着半导体理论、工艺和模拟集成电路的发展，许多对数放大器实现的方法已经被淘汰，其分类方法也未尽科学。

4、目前根据市场上现有的对数放大器结构和应用领域的不同，可将对数放大器分为三类：基本对数放大器、基带对数放大器和解调对数放大器。基本对数放大器也称跨导线性（Translinear）对数放大器，它基于双极性三极管(BJT)的对数特性来实现信号的对数变换。这类对数放大器可以响应缓慢变化的输入信号，其特点是具有优良的直流精度和非常宽的动态围，缺点是交流特性差。基带对数放大器也称视频对数放大器(虽然很少用于视频显示相关的应用)，它克服了基本对数放大器的缺点，能够响应快速变化的输入。其原理是采用了一种“逐级压缩”的技术，交流特性好，但动态围较小。解调对数放大器也称逐级检波对数放大器，它具有分段线性近似

5、性质，形成对数级联后，可以得到很好的对数传递函数，在整个动态围对数精度高，同基带对数放大器相似，也采用多个级联线性放大器，动态围大[5]。未来放大器市场增长的驱动力主要有三个方面：其一，便携式应用的低功耗要求将推动具有低电源电压/电流的放大器增长；其二，高分辨应用需要能降低噪声和失真度的放大器；其三，由于性能和价格压力持续上扬，因此能够集成其他功能的放大器前景乐观。测试和测量、通信、医疗影像等领域的先进应用是提升放大器性能的主要驱动力；OSL和消费类视频应用是最大的市场，而且未来将继续持续此趋势。其中，OSL运放的增长点主要在于线路驱动器。而整合了滤波、多路技术以及OC恢复等功能的消费类

6、视频放大器也被看好[6]。从应用的角度讲，不同的系统对运放有不同要求，选择合适的运放对于系统设计至关重要。对于通信、高速测量仪表及超声波设备等高速应用，交流特性极为重要。但对于低速的高精度系统，直流方面的特性则通常更为重要。衡量系统在交流特性方面的参数有信号带宽、失真率、噪声等，而衡量系统在直流特性方面的参数有输入补偿电压、开环增益、输入偏置电流及共模抑制比等[7]。便携式音频、视频播放器、无线通信、医疗成像、工业和仪器仪表等应用领域都将为下一代运放创造新的机会。制造工艺与封装技术进步提升运放性能。新应用对运放提出诸如高速、低功耗、高集成度等新的技术要求。为此，设计人员不断探索新的设计方

7、法，但只从设计着手不足以实现具有竞争力的产品，只有配适的制造工艺和封装技术能将不断优化产品性能，适应新的应用需求。目前运放产品主要采用CMOS、双极、BiCMOS等工艺制造。许多运算放大器系列都提供单通道、双通道和四通道三种封装形式，从而为设计提供了最大的灵活性。各种新型封装的电路板占位面积正在日益缩小[8]。在强烈的市场拉动下，音频放大器IC厂商纷纷推出新产品，性能上更适合轻薄的便携设备。经调查，目前市场上的便携式音频产品基本上为