音頻功率放大器的CMOS電路設(shè)計(jì)
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結(jié)果得到了一個(gè)與晶體管尺寸有關(guān)的電流表達(dá)式，由式中可以看出，輸出功率管M21的靜態(tài)電流由M13，M21，M23，M24的寬長(zhǎng)比與電流決定，與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)。因此，預(yù)先設(shè)定好四個(gè)管子的寬長(zhǎng)比，給M13，M23，M24以固定的電流，輸出功率管的靜態(tài)電流就被確定下來(lái)了。但是運(yùn)放中加入四個(gè)MOS管是否不會(huì)影響運(yùn)放的其他性能。從信號(hào)通路的角度看，晶體管M11，M12，M13，M14中只流過(guò)直流電流，沒(méi)有交流電流從中通過(guò)，它們屏蔽了交流行為，對(duì)來(lái)自第一級(jí)的電流表現(xiàn)為一個(gè)無(wú)窮大的交流阻抗。這四個(gè)MOS管設(shè)置了輸出功率管的靜態(tài)電流，但是對(duì)于第一級(jí)的增益、帶寬均不起作用。所以放大器的增益仍然為：
使用跨導(dǎo)線性環(huán)的目的是當(dāng)一個(gè)輸出晶體管流過(guò)大電流時(shí)，防止另一個(gè)輸出晶體管關(guān)斷。實(shí)際上，當(dāng)M21流過(guò)一個(gè)大的輸出電流時(shí)，M22就有可能被關(guān)斷。在流過(guò)大的輸出電流的情況下，至少要保證M22上能流過(guò)一個(gè)最小的電流，這樣就可以減少交越失真并且提高速度。
對(duì)于這樣的多極點(diǎn)兩級(jí)運(yùn)放來(lái)說(shuō)，在輸出端電阻和電容串聯(lián)做米勒補(bǔ)償，以增大相位裕度，提高穩(wěn)定性。通過(guò)頻率補(bǔ)償，兩個(gè)主極點(diǎn)分別為：
式中：RA是從M9漏端到地的總阻抗；CA是M9漏端到地的總寄生電容；CL是輸出端的總電容。p1是第一級(jí)放大器的輸出端產(chǎn)生的極點(diǎn)，米勒補(bǔ)償后離原點(diǎn)最近，成為主極點(diǎn)；p2是輸出端產(chǎn)生的極點(diǎn)。米勒補(bǔ)償后離原點(diǎn)較遠(yuǎn)。同時(shí)由于電阻和電容形成了通路，產(chǎn)生一個(gè)零點(diǎn)：
適當(dāng)調(diào)節(jié)R，使z=p2，可使零點(diǎn)與第二主極點(diǎn)相互抵消，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2 仿真結(jié)果及分析本文引用地址：http://m.ptau.cn/article/157413.htm
仿真性能參數(shù)如表1所示。用Cadence Spectre進(jìn)行仿真。使用了華潤(rùn)尚華0．5μm的N阱CMOS工藝模型，模擬環(huán)境是VDD=5 V，T=27 ℃典型條件。在5 V單電源下驅(qū)動(dòng)8 Ω負(fù)載。對(duì)于1 kHz，4 V峰一峰值的正弦波激勵(lì)，仿真得到負(fù)載上的電壓基波幅度為3．9l V。此時(shí)電源消耗的平均功率為3．15 W，功率放大器的效率為60．7％?？傊C波失真為0．098％?？傮w上THD和效率隨輸入電壓變大而增加。放大器頻域響應(yīng)如圖3所示。
3 結(jié)語(yǔ)
該設(shè)計(jì)的AB類輸出功率放大器電路，采用折疊式共源共柵結(jié)構(gòu)，功率管推挽式輸出，同時(shí)利用外部電流源供電，采用低壓共源共柵電流鏡結(jié)構(gòu)的偏置電路。仿真結(jié)構(gòu)表明該運(yùn)放具有高增益，低輸入失調(diào)電壓，低THD等特點(diǎn)，同時(shí)具有良好的頻率特性，較低的靜態(tài)功耗，滿足一塊高性能的AB類音頻功放芯片的要求。
評(píng)論