用于Class D音頻功放中的振蕩器設(shè)計(jì)

　　2.3 邏輯控制部分

　　觸發(fā)器的輸出CLK和CLK為相位相反的方波信號(hào)， 可用來控制MP13、MN11與MP14、MN12的開啟和關(guān)斷。MP14和MN11作為開關(guān)管， 其作用相當(dāng)于圖1中的SW1和SW2。MN12和MP13作為輔助管， 其主要作用是減小充放電電流的毛刺，消除三角波的尖沖現(xiàn)象。尖沖現(xiàn)象主要是由于MOS管狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的溝道電荷注入效應(yīng)所引起的。

　　假設(shè)去除MN12和MP13， CLK從0跳變到1時(shí)，MP14由導(dǎo)通到關(guān)閉狀態(tài)， 同時(shí)迫使MP11和MP12組成的電流源瞬間內(nèi)從飽和區(qū)進(jìn)入深線性區(qū)， 并使MP11、MP12、MP13的溝道電荷在極短的時(shí)間內(nèi)抽出， 而這將引起很大的毛刺電流， 從而使A點(diǎn)出現(xiàn)尖沖電壓。與此同時(shí)， MN11由關(guān)斷狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到導(dǎo)通狀態(tài)， MN10和MN9組成的電流層從深線性區(qū)轉(zhuǎn)到飽和區(qū)， 這三個(gè)管子的溝道電容短時(shí)間內(nèi)充電， 同樣會(huì)引起大的毛刺電流和尖沖電壓。同樣， 若去除輔助管MN12， 那么， CLK跳變時(shí)， MN11、MN10、MN9也會(huì)產(chǎn)生大的毛刺電流與尖沖電壓。

　　雖然MP13與MP14寬長比相同， 但柵極電平相反， 因此， MP13與MP14交替導(dǎo)通。MP13對消除尖沖電壓主要起兩個(gè)作用。一是保證MP11、MP12在整個(gè)周期內(nèi)都工作在飽和區(qū)， 以保證電流的連續(xù)性， 避免由電流鏡所引起的尖沖電壓；二是使MP13、MP14構(gòu)成互補(bǔ)管。這樣， 在CLK電壓變化瞬間， 一個(gè)管子的溝道電容充電， 同時(shí)另外一個(gè)管子的溝道電容放電， 正負(fù)電荷相互抵消， 從而大大減小毛刺電流。同理， MN12的引入也會(huì)起到相同的作用。

　　2.4 修調(diào)技術(shù)的應(yīng)用

　　在不同的晶片之間， 不同批次的MOS管的參數(shù)會(huì)有所不同。在不同的工藝角下， MOS管的氧化層厚度to也會(huì)有差別， 相應(yīng)的Cox也會(huì)隨之變化， 從而引起充放電電流大小發(fā)生偏移， 使振蕩器的輸出頻率發(fā)生變化。在集成電路設(shè)計(jì)中， 修調(diào)技術(shù)主要是針對電阻、電阻網(wǎng)絡(luò)(或電容網(wǎng)絡(luò))進(jìn)行修調(diào)。采用不同的修調(diào)技術(shù)可增大或減小阻值(或容值)， 從而設(shè)計(jì)不同的電阻網(wǎng)絡(luò)(或電容網(wǎng)絡(luò))。

　　充 放電電流IB1和IB2主要由電流Iref決定。而Iref=Vdd/2R5。因此， 本設(shè)計(jì)選擇對電阻R5進(jìn)行修調(diào)，修調(diào)網(wǎng)絡(luò)如圖3所示， 圖中， 所有電阻阻值均相等。本設(shè)計(jì)中， 電阻R5的阻值為45kΩ。R5由十個(gè)阻值為4.5kΩ的小電阻串聯(lián)。將A、B兩點(diǎn)之間的金屬絲熔斷可將R5的阻值提高2.5%， 而將B，C之間的金屬絲熔斷可將電阻提高1.25%， 將A、B和B、C之間的熔絲都熔斷， 則可將阻值提高3.75%。這種修調(diào)技術(shù)的缺點(diǎn)是只能將電阻值調(diào)大， 而不能調(diào)小。

圖3 電阻修調(diào)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　3 仿真結(jié)果分析

　　本設(shè)計(jì)可在CSMC公司的0.5μmCMOS工藝上實(shí)現(xiàn)， 并可利用Spectre工具對振蕩器進(jìn)行仿真。