基于移动设备应用提出一种抑制pop-click噪声电路技术.doc
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1、基于移动设备应用提出一种抑制pop-click噪声电路技术摘要:基于移动设备应用,在D类放大器设计中提出爆裂和咔嚓(pop-click)噪声抑制及饱和失真补偿技术。通过检测电源电压,顺序控制前置放大器、功率级驱动电路,并在放大器输出与地之间提供放电通道,有效减小爆裂和咔嚓噪声幅度;在反馈环路结构D类功率放大器中,音频输入信号幅度过大,导致放大器输出饱和失真,通过对脉冲宽度调制器输出进行补偿,可有效降低放大器的饱和失真,亦可消除因功率晶体管导通时间过长,而导致功率管发生热损坏的风险。采用上述技术的D类功率放大器在0.35 m CMOS工艺技术上实现,在电源电压为3.6 V时,放大器pop-cli
2、ck噪声幅度为2.0 mV,THD+N为0.025%。0 引言在移动设备应用中,D类放大器与电池输出直接连接成为一种普遍的需求1-2。尽管已公开报道1-2无滤波D类放大器在效率以及动态范围方面都具有良好的特性,但爆裂和咔嚓(pop-click)噪声一直限制无滤波D类放大器在移动设备中的实际应用3。因此,与电池直接连接无滤波D类放大器设计中,抑制pop-click噪声一直是设计难点。其次,应用于移动设备的D类功率放大器,系统结构常采用闭环结构以提高放大器性能,放大器的输出(Vout)被反馈回来与输入音频信号进行叠加,形成闭环结构,反馈系统本身既能提高对电源和衬底噪声的抑制能力,又能降低放大器的线
3、性失真。然而,由于输入信号与反馈信号通过积分器进行叠加,当输入信号幅度较大时,积分器输出容易饱和,而调制波形Vtri一般不能全电压范围调制,导致脉冲调制器调制失效,脉冲调制器输出多个调制周期恒为高电平或低电平。结果,D类放大器的功率开关经历多个周期导通或关断,输出波形产生严重饱和失真,且极易造成功率器件因长时间导通而导致热损坏。根据上述设计需求,本文给出基于移动设备应用,在D类放大器设计中,提出能够抑制pop-click噪声的方法,以及减小积分器饱和失真的补偿电路技术。文章首先给出pop-click噪声产生的机理和抑制pop-click噪声的具体电路实现方式,以及降低积分器饱和失真的具体电路实
4、现方法,然后给出放大器的测试结果,最后进行总结。1 电路设计本设计提出的D类放大器系统框图如图1所示。主要由pop-click噪声抑制电路、脉冲宽度调制(PWM)补偿电路、前级放大器、积分器、振荡器和功率级等组成。本文主要就pop-click噪声抑制电路和PWM补偿电路进行详细的讨论。1.1 pop-click噪声抑制电路pop-click噪声的最大电平是音频放大器性能重要指标,在放大器电源上电或去电时容易产生此噪声,而人耳刚好对该噪声敏感,尽可能减小或抑制放大器pop-click噪声是D类放大器设计的关键。当放大器上电或去电时,D类放大器的pop-click噪声产生主要来自两个方面3:一是放
5、大器的直流失调,另一个是PWM脉冲的突然开启和关闭。放大器的直流失调电压在开机时突然应用到放大器的输出或者在关机时突然消失,PWM脉冲的突然产生或突然消失,在D类放大器的输出端产生一个过渡阶段,引起的pop-click噪声电平开始很大,然后由于负反馈环路的抑制作用逐渐消失,这个过程尽管很短,但人耳仍然能够听到。为避免人耳听到这些噪声,研究人员提供多种有效的措施。从公开的报道来看,有以下几种技术:文献4通过在音频放大器的电源电压管脚放置(RC)滤波电路或者采用模拟开关把直流电源接入放大器电源管脚,该方法由于不易集成,且会造成系统功耗和成本的额外消耗,应用场合受限;文献5给出单端输入音频信号放大器
6、的抑制pop-click噪声的方法,该方法通过快速调整放大器输入级共模电平以及在放大器的调制级引入虚拟开关为建立偏置和反馈电压/电流(BFVC)提供开关信号。文献3通过引入可编程辅助驱动器反馈回路来抑制pop-click噪声,以及调整驱动器的驱动能力来开启放大器的功率开关。上述两种利用反馈技术抑制pop-click噪声,由于反馈网络存在环路调整过程,如果环路响应时间慢,对抑制pop-click噪声效果较差,而环路响应太快,则易引起放大器环路不稳定;因此为抑制pop-click噪声,在放大器中引入反馈网络会造成电路设计复杂以及功耗的增加,因此并不实用。综合上述考虑,本文将给出一种简单而实用的可单
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