音频功放芯片中AB类输出运放的设计

文章摘要：在差分输人时，当"+"端输入较高电平时，M2支路电流迅速减小，流过M5和M7支路的电流保持相等，所以流过M14的电流小于流过M12的电流，强制M14工作在线性区，Y点电压很低，M13为了保持支路电流不变，进入深线性区，VB急剧下降。同时，M16，M15支路电流增大，M10，M9支路电流减小，导致VA下降。最终，VB降到很低，VA跟随VB降低，M10，M9截止，M16，M15进人线性区。这时，Mn截止，Mp导通。同理，当"-"端输人较高电平时，Mn导通，Mp截止。输出电压摆幅为：运放的低频电压增益可以这样来粗略计算：AV1是第一级差分电路的增益。M9，M1

音频功放芯片中AB类输出运放的设计,标签：电子小制作,http://www.88dzw.com

在差分输人时，当"+"端输入较高电平时，M2支路电流迅速减小，流过M5和M7支路的电流保持相等，所以流过M14的电流小于流过M12的电流，强制M14工作在线性区，Y点电压很低，M13为了保持支路电流不变，进入深线性区，VB急剧下降。同时，M16，M15支路电流增大，M10，M9支路电流减小，导致VA下降。最终，VB降到很低，VA跟随VB降低，M10，M9截止，M16，M15进人线性区。这时，Mn截止，Mp导通。同理，当"-"端输人较高电平时，Mn导通，Mp截止。输出电压摆幅为：

运放的低频电压增益可以这样来粗略计算：

AV1是第一级差分电路的增益。M9，M10和M15，M16对增益影响不大，可忽略其作用，于是：

AV2是第二级推挽式输出级的增益：

其中调节输出功率管的宽长比，使Mp约为Mn的3倍，致使上式成立。

对于这样的多极点两级运放来说，在输出端电阻和电容串联做米勒补偿，以增大相位裕度，提高稳定性。通过频率补偿，两个主极点分别为[1]：

其中，RA是从A(或B)点到地的总阻抗，CA是A(或B)点到地的总寄生电容，Cι是输出端的总电容。

p1离原点最近，是A点产生的极点;p2是输出端的极点，离原点较远。同时由于电阻和电容形成了通路，产生一个零点[1]：

适当调节R，使Z=p2，与第二主极点抵消，增加了带宽。

2.4 工作环境

采用单电源供电，在闭环状态下工作。基准电压为VDD/2。如图4所示。闭环传输函数为：

3 仿真结果

仿真性能参数如表1所示。

图5和表1是仿真结果，都是在开环、无负载情况下测得。仿真工具是Cadence Spectre，用了0.6 μm的N阱CMOS工艺模型，模拟环境是VDD=5 V，T=27℃，典型条件。以上结果显示了单位增益带宽GB为7.941 MHz，相位裕度为74.60，频率特性较好;失调电压非常小，为38.92μV;有较高的电压增益，共模抑制比和电源抑制比;另外当输入幅度为1 V，频率为1 kHz的正弦波时，输出THD很小，为0.004%。

4 结 语

本文设计的AB类输出功率放大器电路，采用折叠式共源共栅结构，功率管推挽式输出，同时利用外部电流源供电，采用低压共源共栅电流镜结构的偏置电路。仿真结构表明该运放具有高增益，低输入失调电压，低THD等特点，同时具有良好的频率特性，较低的静态功耗，满足一块高性能的AB类音频功放芯片的要求。可以看出，设计几乎是令人满意的，微小的调节还可以通过改变W/L比使各管子工作在最稳定的工作区域。

上一页  [1] [2]