D類音訊功放的三角波產生電路設計論文
摘要:考慮到D類音訊功放對振盪器頻率穩定的要求，本文在參考基本充電放電振盪器的基礎上，提出了一種改進型的固定頻率振盪器，該振盪器能有效處理電流發生突變時所產生的尖衝，以適應D類功放中對三角波線性度的要求。
關鍵詞:D類音訊功；三角波產生；振盪波形；振盪器
1前言
D類音訊功放採用PWM脈寬調製，效率高，由於輸入的音訊資訊都包含在脈寬中，經過調製後的訊號要真實的反映輸入訊號，才能使輸出不產生失真，要求振盪器產生的三角波頻率穩定而且有較高的線性度。採用雙邊PWM調製方案實現的'D類音訊功放，其優點是在任一時刻它所包含和處理的資訊量都是單邊PWM調製方案的兩倍，其電路主要由前置運算放大器、三角波發生器、積分電路和輸出級電路構成，並且通常採用全H－bridge輸出，包含兩個反饋環路，第一個環路用於確定運放的增益，第二個環路則用來在輸入音訊訊號與三角波訊號比較前對其進行整形。
2三角波產生電路設計
2．1電路原理及整體設計
在D類音訊功放設計中，三角波頻率的選擇，既不能太低，也不能太高；如果太低則濾波器難以將脈衝成分和音訊訊號徹底分離；如果太高則開關電路損耗增大。本文采用的頻率是250kHz。考慮到整合的實現，三角波產生電路設計原理基於傳統的CMOS基本充電放電振盪器並改進設計的最終結果由電容C1充放電來完成振盪，假設開始觸發器珚Q為低電平，那麼由M3和M4組成的反相器中PMOS管M3導通，電流I2經M3向電容充電，電容器上的電壓成線性上升，當上升到VH時，比較器的輸出翻轉，觸發器觸發，珚Q變為高電平，同時，Q端為低電平，NMOS管M4導通，電容透過M4和它下面的兩個NMOS管對地放電，放電到VL時，下面的比較器翻轉，電容上的電壓就在VH和VL之間充電放電形成振盪。由於在D類功放中要求振盪器產生三角波，所以設計中採用充電電流和放電電流相等，即I1=I2那麼若不考慮比較器的延時.下面我們闡述設計中重點考慮影響頻率的兩個主要因素以及相應的處理。
2．2振盪波形的頂端尖衝的處理
在電流發生突變的過程中，很容易在振盪波形的頂端產生尖衝，然而在D類功放系統中要求三角波來做調製用的載波，所以對三角波的線形度要求比較高。在本文的設計中加入了處理尖衝的電路。Q端連線了兩個MOS管M1和M2，其中M1為NMOS管，M2為PMOS管。充電過程中，M4關斷，M1和M3導通，M1和M4下面串聯的兩個NMOS管形成通路，I1從電源流向地；放電時，M4和M2導通，M1關斷，即充電和放電的過程中，M4下面串聯兩個NMOS管總是有電流I1流過。同理M3上面連線的兩個PMOS總是有電流I2流過。換句話說就是充電和放電過程只須將M3和M4管導通，從而使電流“連續”，即在充電和放電瞬時(只需要導通1個MOS管)讓電流恆定，讓電容電壓變化成線性，否則，若沒有這兩個MOS管，在充電過程中，導通時，電流需要從電源流下來。放電過程中，電流需要一直流到地，電容有個緩變放電過程，電容容易產生尖衝。本文設計的兩個MOS管對波形起到平滑的作用。
3電路模擬結果
是改變充電電流電流0．5u的模擬的波形的結果，三角波斜率改變時，週期不變(T1=T2)。模擬結果很好地驗證了前面的原理:充電電流受到干擾時，透過幅度的調節來穩定頻率。
4結語
採用PWM脈寬調製的D類音訊功放具有效率高的特點，但是由於輸入的音訊資訊都包含在脈寬中，經過調製後的訊號要真實的反映輸入訊號，才能使輸出不產生失真，因此要求振盪器產生的三角波頻率穩定而且有較高的線性度。本文基於傳統的CMOS基本充電放電振盪器加以改進設計了適應D類音訊功放參數要求的三角波產生電路，並針對影響頻率的兩個主要因素進行了電路改進消除了振盪波形的頂端尖衝；對振盪幅度和頻率進行了穩定控制。
參考文獻:
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