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音频功率放大器的旁路电压控制电路

作者:admin 发布时间:2019-06-11 11:24

  音频功率放大器被普遍应用于诸如挪动电话、MP3,MP4等便携式设备中,而为了使音频功率放大器能正常工作,其内部必需含有旁路电压控制电路,以产生正确的直流偏置电压使电路正常工作。这里在O.5μmCMOS工艺条件下,设计了一种采用电流反应完成迟滞功用的旁路电压控制电路。
  1电路构造
  旁路电压控制电路包括施密特电路、比拟器电路和控制电路三大局部。其整体的电路如图1所示。下面将分别引见。
  1.1施密特电路
  集成电路的普遍应用为芯片添加关断功用以降低芯片的功耗成为必需。该设计中的M25~M29组成的施密特电路就提供了此功用。当外部引脚“SHUTDOWN”电压Vin为低电平常,M25,M26导通,M27,M28截止,D点输出高电平,此时整个电路处于关断状态,内部功耗极低。随着Vin逐步升高,当Vin>VTH(M28)时,M28,M29均处于导通状态,则M28的漏端电压为M28,M29对电源的分压,近似为VDO/2.故M27仍截止。当Vin继续上升,M25,M26导通才能降落,招致M27的源端电压降落,当VGS(M27)>VTH(M27)时,M27开端导通,使D点电压急剧降落,进一步使M25,M26的导通削弱直至截止,此时,输出翻转,D点输出低电平,电路转为正常工作。
  施密特触发器的特性在于其可将迟缓变化的电压信号转变为边沿峻峭的矩形脉冲,所以即便外部引脚“SHUTDOWN”的电压变化迟缓或包含噪声,电路都能正常地工作;同时也能看出,只要在输入大于一定电压时,电路才会正常工作,这样的设计进步了电路的抗干扰才能。
  1.2电压比拟器电路
  比拟器用于比拟两个输入模仿信号并由此产生一个二进制输出。而通常状况下,比拟器工作于噪声环境中,并且在阈值点检测信号的变化。当一个包含噪声的信号加在没有迟滞功用的比拟器的输入端,会使比拟器的输出充溢噪声,以至有可能呈现振荡现象。故在设计时常常借助正反应以完成滞后功用,使电路具有一定的抗噪声才能。这种正反应常常分为外部正反应和内部正反应,又由于外部正反应所需的高精度的电阻在集成电路中很难完成,所以内部正反应得到了更为普遍的应用。
  在该设计中,电压比拟器的主要功用在于:比拟旁路电压和基准电压的大小,输出信号到控制电路以肯定能否对旁路电容停止充电。它的电路构造图如图2所示。当PD为低电平常。比拟器正常工作。当“+”端电压低于“-”端电压时,M1的漏电流大于M2的漏电流,多余的电流对电容Cj(此点到地的等效寄生电容)停止充电,M6的栅电压升高,当|VGS6|<|VTP|时,M6截止,比拟器输出低电平;同理,当“+”端电压高于“-”端电压时,电容Cj(此点到地的等效寄生电容)放电.M6的栅极电压降低,M6饱和导通,比拟器输出高电平。
  电路构造图
  M8~M12为电流反应局部。当比拟器输出高电平常,开关管M9和M12均导通,M11和M8组成电流镜构造,当M11,M8均处于饱和区时电流镜正常工作且M11,镜像M8的漏电流并反应回A点,以改动比拟器负向转机的阈值电压VTRP-,到达迟滞的目的。
  则经过调理M11和M8管的宽长比,能够改动反应回A点的电流大小,从而改动电路的负向转机阈值电压。此时比拟器的正向转机点和负向转机点不等,比拟器电路具有双稳态特性,其宽度为:
  公式
  该宽度电压标明了比拟器所允许的最大噪声幅度。
  与文献中所引见的应用内部电压正反应完成迟滞的电路相比,采用电流反应的办法,一方面防止了同时运用正、负反应,使电路的性能更为稳定;另一方面也减少了MOS管状态改动的次数,降低了比拟器传输时延。当PD为高电平常,M13截止,M14导通,使得M5,M7,M10均处于截止状态,整个电路处于低功耗状态。
音频功率放大器的旁路电压控制电路
  1.3控制电路
  控制电路所完成的功用为产生比拟器所需的基准电压和对旁路电容停止充、放电。图1中,M17,M18的栅极电压由放大器的偏置电路产生。当PD为低电平常,开关管M15导通,调理R1,R2的值,使B点的电压等于VDD/2,并将B点的电压作为比拟器的正向转机电压,此时开关管M19导通。电路对旁路电容CB充电且将C点电压作为比拟器的正向输入。当电容上的电压低于时,比拟器输出低电平,M21截止;当电容上的电压高于正向转机电压时,比拟器输出高电平,M19截止,电路中止对旁路电容充电,同时M21导通。此时C点的电压为:
  公式
  式中:VC+为M21导通后电容上的电压;VC-为M21导通前的电容上的电压;τ为时间常数,τ=(RB+R)C;RB为B点到地的等效电阻。能够看到在一段时间后,旁路电容上的电压将近似等于B点电压,即VDD/2,则得到所需的旁路电压。同时,思索到音频功率放大器上电、掉电的“POP”噪声是由旁路电压的霎时跳变惹起的,所以能够恰当的增大旁路电容以增大旁路电压的上升、降落速度,起到减少“POP”噪声的作用。
  当PD为高电平常.M16截止,电路不工作。
  吴卉张涛现代电子技术
  2仿真结果
  该使设计采用CandenceSpectre仿真工具停止仿真,所采用的工艺是华润上华O.5μm的N阱CMOS工艺典型模型。
  图3为该设计中旁路电压的输出变化曲线。“SHUTDOWN”引脚低电平有效,输出曲线在电路从关断状态转为工作状态时会呈现一个小突刺,这是由于旁路电容上的电压比节点C略高,电容会有一个小的放电过程。在常温下,输出约在3.4μs处开端稳定在2.5V。当t=7.5μs时,输出为2.5016V,其误差为O.064%。电路的静态功耗为O.685mW。
  中旁路电压的输出变化曲线
  为电压比拟器的正端电压从2.0~3.OV变化以及从3.O~2.0V变化时,比拟器的输出变化曲线。能够看出,比拟器的正向阈值电压,负向阈值电压。与的不等阐明引入迟滞后电路抑止噪声的才能明显加强。
  比拟器的输出变化曲线
  分别为比拟器的正向传输时延和负向传输时延。由图可知,比拟器的正向传输时延为7.632ns,负向传输时延为35.32ns。关于大局部的芯片而言,这个数量级的延迟是能够疏忽的。
  3结语
  从上面的仿真结果能够看出,该设计的旁路电压控制电路能够产生输出稳定的旁路电压,且具有一定的噪声抑止才能。此外,整个电路的静态功耗低,信号的延迟时间较短,能够普遍应用于各种音频放大器电路中。