所属技术领域
本发明涉及一种无滤波器d类音频功放电路，适用音频领域。
背景技术：
随着生活水平的提高，越来越多的便携式电子产品如智能电话，pda,mp3,pmp,dsc,dvc,nb等进入每个人的生活。根据著名咨询公司garterner的统计，便携式产品每年将会有30%～50%的增长，到2010年，产值将达到$2billon。而人们对这些产品的要求也越来越高，主要体现在使用、携带方便，功耗低，可靠性高。作为与现实世界的联系，音频输出成为此类产品必备的功能。此类产品的音频模块中，除了输入端的信号源和输出端的喇叭或耳机，音频放大器是一个非常重要的角色。实现音频系统放大器许多可能的类型包括a类放大器，ab类放大器和b类放大器。与d类放大器设计相比较，即使是最有效的线性输出级，它们的输出级功耗也很大。这种差别使得d类放大器在许多应用中具有显著的优势，因为低功耗产生热量较少，节省印制电路板(pcb)面积和成本，并且能够延长便携式系统的电池寿命。目前市场上现有的产品，目前主要来自美国的主流大公司里，比如national,ti,maxim，另外还有欧洲公司像st、wolfson等，而包括台湾在内的中国企业都没有相关的高质量的产品。面对这样大的市场前景，有必要做一些研究开发工作。传统d类放大器的一个主要缺点就是它需要外部lc滤波器。这不仅增加了方案总成本和电路板空间，也可能因滤波元件的非线性而引入额外失真。因此有必要研究“免滤波器”调制方案，从而省掉或至少是最大限度降低外部滤波器要求。
技术实现要素：
本发明提供一种无滤波器d类音频功放电路，优化了pwm输出级，省去输出滤波器-免滤波器调制器，保证了对共模信号的抑制以及抗干扰能力，声音的品质有保证，且电路工作稳定，效率较高。
本发明所采用的技术方案是：
无滤波器d类音频功放电路由改进pwm调制器电路、全差分放大器电路、偏置电路组成。
所述改进pwm调制器电路中，当音频信号从输入端输入后，首先经前级的全差分运算放大器(pre-amp)将信号放大并使信号中间电平偏置在vdd/2。通过采用全差分结构的放大器作为输入信号的预放大，可以充分利用其高的共模抑制(cmrr)和电源纹波抑制(psrr)来实现抑制rf信号和开关信号对输入信号的干扰。预放大的输入信号与输出端的反馈信号经过和运算以后，再经过由全差分运放构成的二阶积分器滤波器滤除高频开关信号，输出的音频信号与同样中间电平为vdd/2的三角波比较后产生脉冲宽度随信号幅度变化的pwm信号并放大输出。
所述全差分放大器电路采用一个折叠共源共栅放大器以获得足够的直流增益。差模输入级由晶体管m1,m2,m5,m6,m13,m14,m15,m16,m17,m18组成。输入差分对晶体管m1,m2采用自隔离的pmos，可以去耦重叠到信号通路的电源噪声信号。共栅器件m17,m18增加了运放的增益，同时减小了差分输入电容。差分运放输出级采用共源输出级以获得最大的输出摆幅。为防止共模信号检测电阻降低放大器的直流增益，r1和r2采用大阻值电阻，增加晶体管m7,m8,m9,m10的跨导。c3和c4是mifler补偿电容，r3,r4是miller补偿电阻，以消除c3,c4和m7,m8跨导产生的右半平面零点或产生两个左半平面零点，设计晶体管m5，m6，m13，m14的沟道长度为7um。
所述偏置电路的输出采用共源共栅的输出结构，以提高电路的psrr。偏置电流的产生依靠两个不同面积的衬底pnp管所产生的带隙电压与电阻的比值决定。m7，m6和q1是启动通道。m4是调整管，对误差信号进行反馈放大，c1是补偿电容。采用具有正温度系数的nwell电阻以稳定偏置电流随温度的波动。
本发明的有益效果是：优化了pwm输出级，省去输出滤波器-免滤波器调制器，保证了对共模信号的抑制以及抗干扰能力，声音的品质有保证，且电路工作稳定，效率较高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的改进pwm调制器电路。
图2是本发明的全差分放大器电路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，改进pwm调制器电路中，当音频信号从输入端输入后，首先经前级的全差分运算放大器(pre-amp)将信号放大并使信号中间电平偏置在vdd/2。通过采用全差分结构的放大器作为输入信号的预放大，可以充分利用其高的共模抑制(cmrr)和电源纹波抑制(psrr)来实现抑制rf信号和开关信号对输入信号的干扰。预放大的输入信号与输出端的反馈信号经过和运算以后，再经过由全差分运放构成的二阶积分器滤波器滤除高频开关信号，输出的音频信号与同样中间电平为vdd/2的三角波比较后产生脉冲宽度随信号幅度变化的pwm信号并放大输出。
如图2，全差分放大器电路采用一个折叠共源共栅放大器以获得足够的直流增益。差模输入级由晶体管m1,m2,m5,m6,m13,m14,m15,m16,m17,m18组成。输入差分对晶体管m1,m2采用自隔离的pmos，可以去耦重叠到信号通路的电源噪声信号。共栅器件m17,m18增加了运放的增益，同时减小了差分输入电容。差分运放输出级采用共源输出级以获得最大的输出摆幅。为防止共模信号检测电阻降低放大器的直流增益，r1和r2采用大阻值电阻，增加晶体管m7,m8,m9,m10的跨导。c3和c4是mifler补偿电容，r3,r4是miller补偿电阻，以消除c3,c4和m7,m8跨导产生的右半平面零点或产生两个左半平面零点，设计晶体管m5，m6，m13，m14的沟道长度为7um。
偏置电路的输出采用共源共栅的输出结构，以提高电路的psrr。偏置电流的产生依靠两个不同面积的衬底pnp管所产生的带隙电压与电阻的比值决定。m7，m6和q1是启动通道。m4是调整管，对误差信号进行反馈放大，c1是补偿电容。采用具有正温度系数的nwell电阻以稳定偏置电流随温度的波动。