AnalogandMix-SignalIntegratedCircuitDesign--Class-D功率放大器设计西安电子科技大学微电子学院刘帘曦有关声音的基础知识声音的特性音量：它与声波的物理量“振幅”有关，声波的振幅大，人耳就感觉声音响，音量大；反之，则声音轻，音量小，音量的大小是人耳听音的主观感觉。音调：是人耳对声音调子高低的主观感觉，声调的高低与声音的物理量“频率”对应。人耳的听觉范围：20Hz到20KHz称之为可听声音，低于20Hz称为次声，高于20KHZ的称为超声，一般来说，人耳对3K左右的声音最敏感。音色：又叫音品和音质，它主要是由声音的波形决定的。常见功率放大器的分类按照输出级的电路结构，功率放大器可分为以下几类：A类功率放大器，也称甲类放大器。B类功率放大器，也称乙类放大器。AB类功率放大器，也称甲乙类放大器。D类功率放大器。以上四种是最常用的功率放大器，随着技术的不断进步，现在又出现了很多其他名称的功率放大器，虽然名称不同，但是其基本的放大原理都是基于以上几种放大器的原理。Class-A功放的输出级A类放大器输出级如图所示，其最大的优点是线性度很好，失真很小。但是缺点也很明显，它具有最大的静态工作电流，也就是它在没有输入信号的时候也会损耗电流。Class-B功放的输出级B类功放的电路拓扑如图所示，两个管子不同时工作于线性区。静态点为Q点，处于截止点上，因此信号输入时，只有半周导通，B类功放的效率要高于A类，但是这是以更大的失真为代价的。Class-AB功放的输出级下图是AB类功放的原理图。AB类放大器在输出低于某一电平时，两个输出器件皆导通，其状态工作于A类；当电平增高时，其中的一个器件将完全截止，而另一个器件将供给更多的电流。线性放大器的应用瓶颈电子设备对音频功放的需求：1、体积减小的趋势；2、输出功率增加的趋势；3、良好的频率响应，低失真。线性放大器的不足：1、效率太低；2、发热量大。Class-D类功放的基础Class-D类功放的原理与前面三种放大器的原理有本质的区别。它是一种开关模式的功率放大器。Class-D类功放的基础是电压比较和PWM调制技术。因此也被称为数字音频功率放大器。Class-D类功放的拓扑结构输出级的MOSFET用作开关，只有两个状态：开or关。音频模拟信号的信息被转换成输出MOSFET的开关状态。这种转化是通过PWM技术来实现的（脉冲宽度）。为了避免波形的失真，采样频率应该远远高于音频。脉宽调制型技术原理脉宽调制技术也就是把模拟音频信号的幅度来调制一系列矩形脉冲的宽度。这样，一个模拟音频信号就变成了一系列宽度受到调制的等幅脉冲信号。要把信号放大，只要对这系列的脉冲信号放大就可以了。原来的模拟信号并不是包含在这个脉冲信号的幅度之中，而是包含在它的宽度之中。音频输入三角波PWM波输出对脉冲幅度的放大，也可以进一步提高输出信号的功率。D类功放工作原理脉宽调制（PWM）的开关功放：首先将音频信号通过前置放大器进行预放大，放大后的音频信号进而与内部三角波相比较进行采样，从而将音频信号的幅度信息转化成PWM信号脉冲宽度，然后将变换得到的PWM波经过整形、延时后驱动功率MOSFET，输出的电流信号，再通过LC低通滤波器被还原成放大的音频信号。功率MOSFET工作在开关状态，没有电源到地的直流通路，且MOSFET导通电阻很小，因此，D类功放具有很高的转换效率。Class-D类功放的输出级Class-D类功放的输出级分为半桥输出结构和全桥（H桥）输出结构两种。开关输出级的非理想因素死区时间–输出级晶体管具有非常低的导通电阻。因此，避免MH和ML同时导通的情况很重要，因为它会产生一个从VDD到VSS的低电阻路径通过晶体管，从而产生很大的冲击电流。–两个晶体管都断开的时间间隔称为非重叠时间或死区时间。死区时间对D类功放性能的影响总谐波失真THD用来表征转换后的正弦信号的线性度。它的大小体现了电路的线性度。总谐波失真被定义为：设计实例一种高效无滤波D类音频功放芯片1.输入电压范围:4.0V~7.0V；2.双声道立体声；3.低电流耗散，工作时最大为6mA，待机时最大1μA；4.调制频率380KHz；5.具有待机功能；6.全桥输出级结构；7.输出...
