一种应用于D类音频放大器CMOS振荡器设计.docVIP

一种应用于D类音频放大器CMOS振荡器设计摘 要：文中介绍了一种应用于低D类音频功放的CMOS振荡器结构设计，用于对音频信号的调制。振荡器采用内部正反馈的迟滞比较器设计，大大降低了电源电压和环境温度对CMOS振荡器振荡频率的影响。理论分析及仿真结果表明，此CMOS振荡器具有较高的频率稳定性。 关键词：振荡器；D类音频放大器；迟滞比较器 A CMOS Oscillator used in High-fidelity Class D Audio Amplifier HE Qin，WANG Dan （School of Information Science Technology，Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， China） Abstract: A CMOS Oscillator is proposed in this paper，which can be used in a low-EMI filter-less Class D audio amplifier. This oscillator is made up of a comparator with internal positive feedback and used for conventional PWM modulation of audio signal. We can get a high resolution CMOS RC oscillator using this structure，which could be less independent of the voltage and temperature variation. The simulation results shows that this RC oscillator have a more stable frequency. Keywords: Oscillator，Class D audio amplifier，hysteretic comparator 振荡器作为现代电子系统的重要组成部分，被广泛应用于时钟同步电路、 无线通信收发器中的频率综合器、光通信中的时钟恢复电路(CRC，clock recovery circuit )，以及多相位采样电路中[1]。振荡器按实现电路元件分为RC振荡器、LC振荡器和石英晶体振荡器[2]。 设计集成芯片内部的振荡电路的关键在于产生振荡信号频率的稳定性，它要求芯片不随工艺、 温度、 电源电压的变化而变化[3]。本文采用内部正反馈的迟滞比较器设计了一种高稳定性宽电压范围的振荡器。该振荡器可以广泛使用在D类音频放大器中。 1 电路设计与原理分析 1.1 振荡器系统电路结构及原理 振荡器采用恒流源充放电技术，即利用恒定电流源提供的灌电流和拉电流分别对电容进行充电和放电。振荡器的等效电路如图1所示。 当振荡器工作时，通过OPA的钳位可以得到R4上端电压等于R3上的端电压，并由此产生一个恒定电流 IR4=■(1) 这个电流通过电流镜的结构镜像出去，作为充放电的电流并产生两个比较器的高低比较电平 UA=IR4(R5+R6)(2) UB=IR4R5(3) 通过电流镜的宽长比的比值可以得到充放电的电流是相等的，即产生的三角波信号上升和下降的时间是相等的。此电流为 ICharge=Idischarge=■IR4(4) 分析充放电的过程，假设使能开启使OSC工作，运放和比较器很快进入工作状态，比较的高低电平很快建立起来，输入至比较器。此时，电容上没有电荷，电压为零，与A和B比较，两个比较器分别输出高电平和低电平。 通过锁存器的工作使C为低电平，开启MP7给电容充电。当USAW大于B电平时，比较器COMP2翻转输出高电平，由于锁存器低电平触发，所以C维持低电平继续给电容充电，直到USAW的电平达到A点电平时，COMP1比较器输出低电平，触发C信号翻转输出高电平，电容开始放电，USAW的电平马上低于A点电平，比较器COMP1恢复输出高电平，如此循环往复的工作。所以USAW的输出正常工作之后是介于电平A和B之间的。 根据前面的公式推导，可以推出其周期公式。这里可以分两部分来分析 C=■(5) C1(UA-UB)=■×IR4×T1(6) T1=■(7) 结合公式(1)、(2)、(3)、(4)可得 T1=2C1R6(8) 由于OSC的充放电时间相等，所可以得到振荡器的周期为 T=2T1=4C1R6(9) 1.2 运放OPA 此OPA电路是采用折叠式共源共栅结构，如图2所示，所以即使运放只有一级，在