一種應(yīng)用于D類音頻放大器的CMOS振蕩器的設(shè)計(jì)
摘要:文中介紹了一種應(yīng)用于低D類音頻功放的CMOS振蕩器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),用于對音頻信號(hào)的調(diào)制。振蕩器采用內(nèi)部正反饋的遲滯比較器設(shè)計(jì),大大降低了電源電壓和環(huán)境溫度時(shí)CMOS振蕩器振蕩頻率的影響。理論分析及仿真結(jié)果表明,此CMOS振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞:振蕩器;D類音頻放大器;遲滯比較器
振蕩器作為現(xiàn)代電子系統(tǒng)的重要組成部分,被廣泛應(yīng)用于時(shí)鐘同步電路、無線通信收發(fā)器中的頻率綜合器、光通信中的時(shí)鐘恢復(fù)電路(CRC,clock recovery circuit),以及多相位采樣電路中。振蕩器按實(shí)現(xiàn)電路元件分為RC振蕩器、LC振蕩器和石英晶體振蕩器。
設(shè)計(jì)集成芯片內(nèi)部的振蕩電路的關(guān)鍵在于產(chǎn)生振蕩信號(hào)頻率的穩(wěn)定性,它要求芯片不隨工藝、溫度、電源電壓的變化而變化。本文采用內(nèi)部正反饋的遲滯比較器設(shè)計(jì)了一種高穩(wěn)定性寬電壓范圍的振蕩器。該振蕩器可以廣泛使用在D類音頻放大器中。
1 電路設(shè)計(jì)與原理分析
1.1 振蕩器系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)及原理
振蕩器采用恒流源充放電技術(shù),即利用恒定電流源提供的灌電流和拉電流分別塒電容進(jìn)行充電和放電。振蕩器的等效電路如圖1所示。
當(dāng)振蕩器工作時(shí),通過OPA的鉗位可以得到R4上端電壓等于R3上的端電壓,并由此產(chǎn)生一個(gè)恒定電流
這個(gè)電流通過電流鏡的結(jié)構(gòu)鏡像出去,作為充放電的電流并產(chǎn)生兩個(gè)比較器的高低比較電平
UA=IR4(R5+R6) (2)
UB=IR4R5 (3)
通過電流鏡的寬長比的比值可以得到充放電的電流是相等的,即產(chǎn)生的三角波信號(hào)上升和下降的時(shí)間是相等的。此電流為
分析充放電的過程,假設(shè)使能開啟使OSC工作,運(yùn)放和比較器很快進(jìn)入工作狀態(tài),比較的高低電平很快建立起來,輸入至比較器。此時(shí),電容上沒有電荷,電壓為零,與A和B比較,兩個(gè)比較器分別輸出高電平和低電平。
通過鎖存器的工作使C為低電平,開啟MP7給電容充電。當(dāng)USAW大于B電平時(shí),比較器COMP2翻轉(zhuǎn)輸出高電平,由于鎖存器低電平觸發(fā),所以C維持低電半繼續(xù)給電容充電,直到USAW的電平達(dá)到A點(diǎn)電平時(shí),COMP1比較器輸出低電平,觸發(fā)C信號(hào)翻轉(zhuǎn)輸出高電平,電容開始放電,USAW的電平馬上低于A點(diǎn)電平,比較器COMP1恢復(fù)輸出高電平,如此循環(huán)往復(fù)的工作。所以USAW的輸出正常工作之后是介于電平A和P之間的。
根據(jù)前面的公式推導(dǎo),可以推出其周期公式。這里可以分兩部分來分析
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