如何進(jìn)行CMOS的全差分音頻功率放大器設(shè)計(jì)

　　本文提出了一款基于CMOS工藝的全差分軌至軌折疊型共源共柵結(jié)構(gòu)AB類音頻功率放大器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，其系統(tǒng)包含有偏置模塊、溫度保護(hù)模塊、控制模塊及核心功率運(yùn)算放大器模塊。整個(gè)系統(tǒng)具有較大的共模信號(hào)輸入范圍，極低的關(guān)斷電流及較低的靜態(tài)工作電流，電源抑制比和共模抑制比高，使得系統(tǒng)具有較好的噪聲抑制特性。軌至軌的輸出級(jí)保證了系統(tǒng)具有較大的輸出動(dòng)態(tài)范圍和較強(qiáng)的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。

　　論文的核心是全差分功率運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)。其輸入級(jí)采用軌至軌（Ra il-to-Rail）PMOS，NMOS互補(bǔ)型輸入結(jié)構(gòu)，以使其具有較寬的共模輸入范圍（CMIR），輸入共模電平可以達(dá)到 0.5V “（V Dc-O.8） V。 增益部分采用折疊型共源共柵（Folded-Cascode）結(jié)構(gòu)，以獲得高的交流增益和輸出阻抗。功率放大器的全差分輸出級(jí)采用對(duì)稱的軌至軌（Rail-to-Rail） PMOS， NMOS共源AB類（Cl ass-AB）輸出結(jié)構(gòu)，并采用典型的浮動(dòng)電壓源AB類輸出偏置控制方式，使輸出信號(hào)范圍最大，以增強(qiáng)小負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力;采用這種輸出結(jié)構(gòu)還具有諧波失真小、電源效率高的優(yōu)點(diǎn)。放大器的共模反饋模塊使得系統(tǒng)在不同的輸入共模電平條件下輸出信號(hào)偏置電壓均穩(wěn)定在V獻(xiàn)2附近，并建立正常的系統(tǒng)直流工作點(diǎn)。

　　文中還從產(chǎn)品的角度介紹了溫度保護(hù)模塊和控制模塊的設(shè)計(jì)，以使本設(shè)計(jì)具有一定的產(chǎn)品適用性。溫度保護(hù)模塊是防止由于電流過大而導(dǎo)致的系統(tǒng)溫度過高，從而防止實(shí)際芯片燒壞。系統(tǒng)工作溫度的最高設(shè)計(jì)值設(shè)定在1551C?？刂颇K是控制系統(tǒng)在上電、掉電、開啟、關(guān)斷，以及過溫保護(hù)等不同條件和狀態(tài)下的工作模式，以使得系統(tǒng)除了具有自我保護(hù)的能力外，還能正常的開啟和關(guān)斷，并且節(jié)省功耗，同時(shí)減少開關(guān)噪聲。

　　系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)采用了低電壓的設(shè)計(jì)方法，電源電壓工作范圍達(dá)到2.5V-5.5V， Spectre仿真顯示，5V電源電壓情況下，系統(tǒng)的靜態(tài)工作電流為3.18 5mA，漏電流為529pA;在負(fù)載為80 ， T HD+N=《1% 時(shí)輸出功率達(dá)1.38 W：輸入共模范圍為0.01V-4.86V;系統(tǒng)交流開環(huán)增益為89dB，電源抑制比達(dá)一90dB，共模抑制比為一65dBa。