论文摘要：Class D类音频功率放大器的设计与仿真

在便携式电子产品领域，Class D音频功放凭借其高效率和高音质逐渐替代Class AB音频功放成为主流。目前Class D的研究热点就在于保持其效率优势的同时降低成本、提高音质以及抗EMI特性，本文就对以上几点展开讨论。本文设计了一种应用于便携式电子产品中的PWM调制无滤波Class D音频功放。通过对采样信号，及输出信号的频谱分析，确定系统采用的PWM采样调制方式，进而确定系统整体结构。分别设计开环与闭环结构，分析比较两结构的THD值，效率及静态电流等性能，显示出闭环结构的先进性。从系统稳定性、PSRR、SNR、THD值要求等方面，对闭环系统进行设计。首先建立系统线性模型，推导出各模块电路传递函数及系统环路增益、PSRR和THD的表达式。保证系统稳定性前提下，折衷THD，PSRR和SNR性能要求，确定系统主要模块性能指标。最后进行Matlab验证。通过系统设计得到主要模块性能指标，进行具体电路的设计。重点设计基准偏置电路、前置放大器、PWM调制器、输出功率级及各保护电路。分析Class D音频功放EMI的产生机制，采用三电平调制、扩频技术和Deglitch Logic电路达到抑制系统EMI的效果。设计调频振荡器和Deglitch Logic电路，运用Cadence软件对采用扩频技术的开环Class D系统仿真验证，证明在THD性能要求范围内，EMI得到了较好的抑制。采用CSMC 0.5µm工艺，运用Cadence和Hspice软件，对系统进行仿真验证。系统在8负载下最大输出功率为1.2W；开环系统最高效率可达91%，而闭环系统的最高效率可达93%；电源电压5V、8负载、1W输出功率、1KHz输入信号频率下，开环THD值达到0.18%，而闭环系统达到0.13%。通过其他条件下的仿真，证明了闭环系统在效率和THD性能上较开环系统均有所改善。但由于电路复杂性，闭环系统静态电流较大。 以版图的高度匹配性为原则，设计开环Class D电路版图，同时设计了PAD和ESD静电保护电路版图，通过了DRC和LVS验证。本文主要创新点：设计调频振荡器和Deglitch Logic电路，在保证系统基本性能的前提下，达到抑制系统EMI的效果。

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