一种改进型免滤波D类音频放大器的设计_欧宇
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D类音频功率放大器的设计方案与测试
D 类音频功率放大器的设计与测试本系统由咼效率功率放大器（D 类音频功率放大器）、信号变换 电路、外接测试仪表组成，系统框图如图 1所示。
b ・ OluFf; *! ] W Yn.r -?.-.-击去vn g n图1系统方框图1. D 类功放的设计D 类放大器的架构有对称与非对称两大类， 在此讨论的D 类功 放针对的是对功率、体积都非常敏感的便携式应用，因此采用全电桥 的对称型放大器，以充分利用其单一电源、系统小型化的特点。
D 类 功率放大器由PWM 电路、开关功放电路及输出滤波器组成，原理框 图如图2所示。
采用了由比较器和三角波发生器组成的固定频率的 PWM fe 路，用 输入的音频信号幅度对三角波进行调制，得到占空比随音频输入信号 幅度储号变挟电路变化的方波，并以相反的相位驱动上下桥臂的功率管，使功率管一个导通时另一个截止，再经输出滤波器将方波转变为音频信号，推动扬声器发声。
采用全桥的D类放大器可以实现平衡输出，易于改善放大器的输出滤波特性，并可减少干扰。
全桥电路负载上的电压峰峰值接近电源电压的2倍，可采用单电源供电。
实现时，通常采取2路输出脉冲相位相反的方法。
图2 D类音频功率放大器组成框图D类功率放大器的工作过程是：当输入模拟音频信号时，模拟音频信号经过PWM调制器变成与其幅度相对应脉宽的高频率PWM脉冲信号，控制开关单元的开/关，经脉冲推动器驱动脉冲功率放大器工作，然后经过功率低通滤波器带动扬声器工作。
2.比较器比较器电路米用低功耗、单电源工作的双路比较器芯片 LM311构 成。
此处为提高系统效率，减少后级 H 桥中CMOS 管不必要的开合, 用两路偏置不同的三角波分别与音频信号的上半部和下半部进行比 较，当正端上的电位高于负端的电位时，比较器输出为高电平，反之 则输出低电平。
这样产生两路相互对应的PWM 波信号给后级驱动电路 进行处理，双路比较电路如图3所示。
图3比较器电路此处值得注意的是将上半部比较处理为音频信号接比较器的负 向端、三角波信号接正向端；下半部比较则相反，这样形成相互对应， 在音频信号的半部形成相应 PWM 波时，另半部为低电平，可保征后 级H 桥中的CMOS 管没有不必要的开合，以减少系统功率损耗。
基于tpa3123的D类功放的设计
毕业设计（论文）题目：基于TPA3123的D类功率放大器设计（英文）：An amplifier design based onTPA3123class D amplifier 院别：专业：电气工程及其自动化姓名：学号：指导教师：日期：2012年5月基于TPA3123的D类功率放大器设计摘要随着功率放大器科技的飞速发展，人们对它的要求越来越高。
传统的功率放大器由于效率低，很难满足人们的需要，而D类音频功率放大器较传统的功率放大器而言具有效率高，功率大的特点，因此被人们所采用。
本论文从理论上对D类音频功率放大器做了具体的分析并从设计方面仔细地阐述了它。
论文首先由各类放大器的特点看出传统的功率放大器效率低，失真严重，功率也不太理想，从而引出了高效率、大功率、低失真的D类音频功率放大器；接着由D类音频功率放大器的用途、原理、结构讲到它的缺点以及发展的前景；D类音频功率放大器的功率器件受一高频脉宽调制信号（PEM）的控制，使其工作在开关状态，理论上其效率可以达到100%，但其不足之出在于会产生高频干扰及噪声，但是若精心设计低通滤波器及合理的选择元器件参数，其音质噪声完全能够满足人们的需求。
最后以一个D 类音频功率放大器的设计，让我们明白了D类音频功率放大器的具体应用。
关键字：D类功率放大器；脉宽调制；驱动；功率输出级；功率放大An amplifier design based onTPA3123class D amplifierAbstractDuring the swiftly developing of power amplifier science and technology, the requirement of it for people become higher and higher, Because the efficiency of the traditional power amplifier is low, it is not fit for people＇s requirement, but the D-type audio amplifier has the high efficiency and the high-power, so, it is content with the requirement of people.In this paper, I described the D-type audio power amplifier carefully from the design aspect theoretically, at first,it is observed that the efficiency of the traditional of each kind of amplifier's characteristic is lower , the distortion of the traditional power amplifier is serious and the power also is not ideal, so we draw out that the efficiency power and lower distortion of D-type power amplifier all work well. Then from the D-type of audio power amplifier's use, the principle and the structure talk about its shortcoming as well as the development prospect; In D in the article audio frequency power device , power of amplifier modulate the control of the signal (PEM ) by one high-frequency pulse width originally, make it work in switch state, efficiency its in theory can up to 100%, but a insufficient one its is it is it can produce high frequency interfere and noise to lie in to appear, but if design the low open wave filter and rational choice components and parts parameter meticulously, its tone quality noise can meet people's demands. Finally by a D kind of audio power amplifier's design, let me understand D kind of audio power amplifier's concrete application.Key Words: D-type power; amplifier ; Pulse width modulation ; Impetus;Power output level ; Power amplifie目录第1章绪论 (1)第2章功率放大器介绍 (3)2.1 功率放大器简介 (3)2.2 放大器的技术指标 (3)2.3 功放的组成结构 (4)2.4 功放的工作原理 (4)2.5 放大器的种类 (4)2.5.1 A类放大器 (5)2.5.2 B类放大器 (5)2.5.3 C类放大器 (6)2.5.4 D类功率放大器 (7)2.6 D类功率放大器的原理 (7)2.7 各功率放大电路比较 (9)2.7.1 全直流全对称互补功放电路 (9)2.7.2 NE5532开环式功放电路 (11)2.7.3 TDA2030功放电路 (12)2.7.4 TDA7293功放电路 (13)2.7.5 TPA3123功率放大电路 (14)2.7.6 方案比较及确定 (15)第3章芯片介绍 (17)3.1 TPA3123简介 (17)3.1.2 TPA3123工作原理 (17)3.1.3 TPA3123管脚介绍 (18)3.1.4 TPA3123内部电路图 (20)3.2 OPA2353简介 (20)3.2.1 OPA2353简介 (20)3.2.2 OPA2353工作原理 (21)3.2.3 工作电压 (21)3.2.4 容性负载和稳定性 (21)3.2.5 OPA2353内部电路图 (22)3.3 78M05简介 (22)3.3.1 78M05简介 (22)3.3.2 78M05工作原理 (23)3.3.3 78M05内部电路图 (24)第4章设计内容 (26)4.1 BTL (26)4.2 各部分电路图工作原理及介绍 (26)4.3 TPA3123原理图 (28)第5章PCB的制作 (30)5.1 制版过程 (30)5.1.1 PCB板的制作 (30)5.1.2 元器件安装与焊接 (32)5.2 实物图片 (33)5.3 音频功放电路系统测试与分析 (36)5.3.1 测试使用的仪器 (36)5.3.2 测试数据与波形 (36)第6章结论与展望 (39)6.1 结论 (39)6.2 展望 (40)参考文献 (42)致谢 (43)基于TPA3123的D类功率放大器设计第1章绪论音响功放又称音频功率放大器，它主要由前置级、音调级、功率放大级这几部分组成。
D类功率放大器毕业论文
3.1.2D类功放PCB板的布线要求
在D类功放板中，PCB走线及表现出EMI特性的金属都应该尽可能短，包括从电源输出部分到D类放大器输出部分及从电源到扬声器间的金属连线。D类放大器，高频脉冲中输出部分由电源电流来提供动力，同时，为了在放大器输出端产生精确的方波脉冲，供电电压必须保持稳定，其波动与噪声是严格禁止的，在这里存储电容成为关键的元件。PCB金属走线中的寄生电阻是相当不利于电源稳定的，应该在尽可能靠近输出部分的位置放置存储电容使寄生电阻最小化。
（2）对PWM调制电路的要求。PWM调制电路也是D类功放的一个特殊环节，要把20kHz以下的音频调制成PWM信号，三角波的频率至少要达到200kHz（三角波的频率应在音频信号频率的10~20倍以上）。如果三角波的频率高，输出波形的锯齿小，就能更加接近原波形，使THD小，而且可以用低数值、小体积和精度要求相对差一些的电感和电容来构成低通滤波器，造价相应降低。但是，晶体管的开关损耗会随频率的上升而上升，无源器件中的高频损耗、射频的聚肤效应都会使整机效率下降。
论文题目：D类功率放大器
系 （部）：
专业
班 级：
学 号：
学生姓名：
指导教师：
职 称：
2014年月日
中文摘要................................................................1
英文摘要................................................................1
A.在电子设备中，接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用，可解决大部分干扰问题。电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等。在地线设计中应注意以下几点：（1）.正确选择单点接地与多点接地。（2）将数字电路与模拟电路分开。（3)将接地线构成闭环路。
在D类功放板中，PCB走线及表现出EMI特性的金属都应该尽可能短，包括从电源输出部分到D类放大器输出部分及从电源到扬声器间的金属连线。D类放大器，高频脉冲中输出部分由电源电流来提供动力，同时，为了在放大器输出端产生精确的方波脉冲，供电电压必须保持稳定，其波动与噪声是严格禁止的，在这里存储电容成为关键的元件。PCB金属走线中的寄生电阻是相当不利于电源稳定的，应该在尽可能靠近输出部分的位置放置存储电容使寄生电阻最小化。
（2）对PWM调制电路的要求。PWM调制电路也是D类功放的一个特殊环节，要把20kHz以下的音频调制成PWM信号，三角波的频率至少要达到200kHz（三角波的频率应在音频信号频率的10~20倍以上）。如果三角波的频率高，输出波形的锯齿小，就能更加接近原波形，使THD小，而且可以用低数值、小体积和精度要求相对差一些的电感和电容来构成低通滤波器，造价相应降低。但是，晶体管的开关损耗会随频率的上升而上升，无源器件中的高频损耗、射频的聚肤效应都会使整机效率下降。
论文题目：D类功率放大器
系 （部）：
专业
班 级：
学 号：
学生姓名：
指导教师：
职 称：
2014年月日
中文摘要................................................................1
英文摘要................................................................1
A.在电子设备中，接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用，可解决大部分干扰问题。电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等。在地线设计中应注意以下几点：（1）.正确选择单点接地与多点接地。（2）将数字电路与模拟电路分开。（3)将接地线构成闭环路。
CS3809EO 2×18W 免滤波立体声 D 类音频功率放大电路说明书
MOS电路CS3809EO Array2×18W免滤波立体声D类音频功率放大电路1、概述CS3809EO是一款18W（每声道）立体声高效D类音频功率放大电路。
先进的EMI 抑制技术使得在输出端口采用廉价的磁珠滤波器代替昂贵的电感滤波器就可以通过EMC认证，大大节省了系统成本。
内部包括直流检测电路在输入电容损坏或者输入短路时关断输出级。
CS3809EO可以驱动低至4Ω负载的立体声扬声器，具有高达92%的效率，使得在播放音乐时不需要额外的散热器。
优异的耳机噪声抑制技术使得CS3809EO可以通过简单的外围实现耳机输出应用。
CS3809EO应用于LCD电视、消费类音频设备。
其特点如下：● 免电感应用，采用廉价的磁珠滤波器即可通过EMC认证●优异的耳机噪声抑制技术，通过简单的外围即可实现耳机输出应用● 18W/声道的功率输出（17V电压，8Ω负载，THD等于10%）● 10W/声道的功率输出（10V电压，4Ω负载，THD等于10%）● 30W的功率输出（16V电源，4Ω单声道负载，THD等于10%）●效率高达92%，无需散热片●较大的电源电压范围8V~20V●直流保护●良好短路保护和温度保护●良好的失真和防噗声功能●差分输入●输出管脚方便布线布局●待机功能●封装形式：SOP16-EP2、功能框图与引脚说明2. 1、功能框图2. 2、引脚排列图3、电特性3. 1、极限参数除非另有规定，T3. 3、电特性3. 3. 1、直流参数除非另有规定，T除非另外说明，T3. 3. 2、交流参数除非另外说明，T除非另外说明，T4、典型应用线路与应用说明4. 1、应用线路单端输入，BTL输出的D类放大器带耳机驱动的单端输入，BTL输出的D类放大器耳机驱动应用说明：1、CS3809EO在输出端口加上简单的外围线路，即可作为立体声耳机驱动。
参考以上典型应用线路搭建外围，即可实现立体声耳机驱动。
耳机接口悬空时，喇叭正常播放；当插入耳机时，喇叭端信号脱开，耳机的L、R端口接入滤波后的音频信号。
定压式D类声频功率放大器设计要点
ｐ２－ ２ ＿
（ ３ ）
式中， Ｂ是 Ｄ类功放 电源 电压 （ ， 桥时取 正 电压 ； Ｖ） 半
是额定输 出 电压 （ ； 是额 定输 出功 率 （ ； Ｖ）Ｐ Ｗ） 是 开关频率 ； 是输 出滤波器 第一 个 电感 的电感量 （ 。例如某 功 放 ， Ｂ＝１０Ｖ，ｏ ０ Ｐ ＝ Ｈ） 若 ８ Ｕ ＝１０Ｖ，。
１ ０ｎ ２ Ｓ｛
。
若把一个 矩 形 波作 为 输 入 ， 到 下 限截 止 频 率 加
＝
． ．
Ｏ的放大器 中， 于是放 大器 输 出矩形 波顶 部是 完 栅 极 电阻的阻值一般可计算 如下 ：
（） ６
全平坦 的。但 当． 大 于零 时 ， 出波 形 的顶 部 就 出 ． 输 现倾斜 ， 图 ３所示 。顶 部倾 斜 正 比于 和 之 比 如 值 。 是矩形波 的周期 ， 是下 限截 止频 率 的周期 ，
【 ｂｔａｔ Ａ ｓ ｃ】Ｗｈｎａｃａｓ ｕｉ ｐｗ ｒ ｍ ｌｉ ｐ ｌａｉ ｕ ｌ ｄｒｓ ｆｌ ， ｔ ｒ ｇｔｅｎｗ ｐｏｌｍ ｕｈａ ｒ ｅ ｌ ａｄｏ ｏ ｅ ｐｉｅ ａｐｉ ｔ ｎｉ Ｐ ｂ ｃＡ ｄｅｓｉ ｄ ｉｂ ｎ ｅ ｒｂｅ ｓｓｃ ｓ ｓＤ ａ ｆｒ ｃ ｏ ｎ ｉ ｅ ｉ ｈ
率
电源 电压 日计算如 下 ：
Ｂｈｌｂｇ － ± ａ－ｉｅ ｆｒ ｄ
理想情况下 ， Ｄ类功放 功率管输 出的应 是 良好 的
（） １
Ｐ ＷＭ矩 形波 ， 可实 际上并 不容易做 到 ， 实际产 品 的矩 形波均能观察 到明显形变 （ 见图 ３ ， 参 ） 包括 有 明显 的 上升 沿 和 下 降沿 ， 过 冲 、 铃 和顶 部倾 斜 等 问题 。 及 振 分析这 些参 数 ， 提 高功放 的可靠 性 、 率控 制及 电 对 效 磁 兼容控制都 十分重要 。
毕业设计(论文)-D类功率放大器的设计与仿真
目录1概述 (1)1.1课题研究的意 (2)1.2课题的任务与技术要求 (2)1.3课题研究的内容 (2)2 设及方案的论证 (3)2.1功率放大器的种类 (3)2.1.1A类功率放大器 (5)2.1.2B类功率放大器 (7)2.1.3AB类功率放大器 (9)2.1.4D类功率放大器 (10)3信号脉宽调制 (12)3.1正弦脉宽调制 (13)3.2音频信号宽度调制 (16)3.2.1语音信号的时域分析 (17)3.2.2语音信号的谱和能量分布 (19)3.2.3语音和乐音信号的脉宽调制 (21)4单元电路设计与仿真 (24)4.4.1 H桥功率输出器件的选取 (25)4.4.2设计低通滤波器的必要性 (26)4.4.3低通滤波器的设计方案 (27)4.4.4 H桥式功率输出和低通滤波器的设计与仿真 (28)5实物的安装焊接与调试 (28)6结束语 (29)参考文献 (30)附录 (31)D类功率放大器的设计与仿真1概述1.1课题研究的意义随着全球音视频领域数字化的浪潮以及人们对音视频设备节能环保的要求,迫使人们尽快研究开发高效、节能、数字化的音频功率放大器。
它应该具有工作效率高，便于与其他数字设备相连接的特点。
D类音频功率放大器是PWM型功率放大器即为模拟开关式音频功率放大器，它符合上述要求。
近几年，国际上加紧了对D类音频功率放大器的研究与开发，并取得了一定进展，几家著名研究机构及公司已试验性地向市场提供了D类音频功率放大器评估模块及技术。
这一技术一经问世立即显示出其高效、节能、数字化的显著特点，引起了科研、教学、电子工业、商业界的特别关注。
不久的将来，D类音频功率放大器必然取代传统的模拟音频功率放大器。
几十年来在音频领域中，A类、B类、AB类音频功率放大器一直占据“统治”地位，其发展经历了这样几个过程：所用器件从电子管、晶体管到集成电路过程；电路组成从单管到推挽过程；电路形式从变压器输出到OTL、OCL、BTL形式过程。
D类功放毕业论文
在高保真音响设备中，功率放大器用来对各种音源输出的音频信号进行加工处理和不失真地放大，使之达到一定的功率去推动扬声器发声.其中，如何对音频信号进行功率放大，使之达到功率大、效率高、失真小，是功率放大器所要解决的最主要问题.
2 D类功放的简介
2.1 D类功放的简介
D类功放指的是D类音频功率放大器（有时也称为数字功放）.通过控制开关单元的ON/OFF，驱动扬声器的放大器称D类放大器.D类放大器首次提出于1958年，近些年已逐渐流行起来.已经问世多年，与一般的线性AB类功放电路相比，D类功放有效率高、体积小等特点.
保护电路.保护电路用来保护输出级功率管和扬声器，以防过载损坏.此外，一个完备的高保真功率放大器，还必须设置直流稳压电源及电平显示电路等.
2.4对功率放大器的基本要求
（1）输出功率要大.为了得到足够大的输出功率，功放管的工作电压和电流接近极限参数.功放管集电极的最大允许耗散功率与功放管的散热条件有关，改善功放管的散热条件可以提高它的最大允许耗散功率.在实际使用中，功放管都要按规定安装散热片.
3.2传统功放与D类功放的比较
功率消耗在所有线性输出级，因为产生输出电压vout的过程中不可避免地会在至少一个输出晶体管内造成非零的ids和vds.功耗大小主要取决于对输出晶体管的偏置方法.
A类放大器拓扑结构使用一只晶体管作为直流（dc）电流源，能够提供扬声器需要的最大音频电流.A类放大器输出级可以提供优良的音质，但功耗非常大，因为通常有很大的dc偏置电流流过输出级晶体管（这是我们不期望的），而没有提供给扬声器（这是我们期望的）.
不幸的是，即使是精心设计A/B类放大器也有很大的功耗，因为其中等范围的输出电压通常远离正电源或负电源.由于漏源极之间的电压降很大，所以会产生很大的瞬时功耗ids×vds.D类放大器由于具有不同的拓扑结构，其功耗远小于上面任何一类放大器.D类放大器的输出级在正电源和负电源之间切换从而产生一串电压脉冲.这种波形有利于降低功耗，因为当输出晶体管在不导通时具有零电流，并且在导通时具有很低的vds，因而产生较小的功耗ids×vds.
2 D类功放的简介
2.1 D类功放的简介
D类功放指的是D类音频功率放大器（有时也称为数字功放）.通过控制开关单元的ON/OFF，驱动扬声器的放大器称D类放大器.D类放大器首次提出于1958年，近些年已逐渐流行起来.已经问世多年，与一般的线性AB类功放电路相比，D类功放有效率高、体积小等特点.
保护电路.保护电路用来保护输出级功率管和扬声器，以防过载损坏.此外，一个完备的高保真功率放大器，还必须设置直流稳压电源及电平显示电路等.
2.4对功率放大器的基本要求
（1）输出功率要大.为了得到足够大的输出功率，功放管的工作电压和电流接近极限参数.功放管集电极的最大允许耗散功率与功放管的散热条件有关，改善功放管的散热条件可以提高它的最大允许耗散功率.在实际使用中，功放管都要按规定安装散热片.
3.2传统功放与D类功放的比较
功率消耗在所有线性输出级，因为产生输出电压vout的过程中不可避免地会在至少一个输出晶体管内造成非零的ids和vds.功耗大小主要取决于对输出晶体管的偏置方法.
A类放大器拓扑结构使用一只晶体管作为直流（dc）电流源，能够提供扬声器需要的最大音频电流.A类放大器输出级可以提供优良的音质，但功耗非常大，因为通常有很大的dc偏置电流流过输出级晶体管（这是我们不期望的），而没有提供给扬声器（这是我们期望的）.
不幸的是，即使是精心设计A/B类放大器也有很大的功耗，因为其中等范围的输出电压通常远离正电源或负电源.由于漏源极之间的电压降很大，所以会产生很大的瞬时功耗ids×vds.D类放大器由于具有不同的拓扑结构，其功耗远小于上面任何一类放大器.D类放大器的输出级在正电源和负电源之间切换从而产生一串电压脉冲.这种波形有利于降低功耗，因为当输出晶体管在不导通时具有零电流，并且在导通时具有很低的vds，因而产生较小的功耗ids×vds.
D类高效率音频功率放大器设计[设计+开题+综述]
开题报告电气工程与自动化D类高效率音频功率放大器设计一、选题的背景与意义随着微电子制造技术的不断发展，电子产品正向着薄型化、便携式迅速发展，人们对音频功放的要求更加趋向于高效、节能和小型化。
因为移动设备受电池容量、散热、体积的限制，对音频功放要求高效、节能、发热少、体积小、便于集成。
普通功放电路复杂，体积较大；而且效率较低，输出功率不可能做的很大。
而D类功放工作于开关状态，理论效率可达100%，实际运用时也可达到较高的效率。
功率器件的耗散功率小，产生热量少，可大大减小散热器的尺寸；功率MOS管有自保护电路，可大大简化保护电路，而且不会引人非线性失真；这样就可以极大地降低能源损耗，降低放大器的体积。
所以D类音频功放越来越受到人们的重视，正越来越多地被用在移动电话、PDA及其他类似便携式应用中，以取代AB类放大器。
由于D类音频功率放大器具有更高的效率，这使得采用D类音频功率放大器可延长电池供电中断产品的工作时间，并产生更少的热量，从而解决设备的散热问题。
近年来国际上加进了对D类音频功率放大器的研究与开发，并取得了一定进展，这一技术一问世立即显示出其高效、节能、数字化的显著特点，引起了科研、教学、电子、商业界的特别关注。
不久的将来，D类音频功率放大器必将取代传统的模拟音频功率放大器。
二、研究的基本内容与拟解决的主要问题：研究的基本内容：1、话筒。
主要用于将声音信号转化为电信号，以便后续装置处理。
2、前置放大模块。
由话筒输入的信号一般都比较微小，为了能够与三角波进行比较，必须对信号进行放大，拟采用运放对输入信号进行放大。
3、带通滤波模块。
输入的音频信号难免会有干扰，为了去除干扰，需要对音频信号进行滤波。
本设计采用有源滤波器滤除低频和高频干扰，实现对输入输出的隔离。
4、三角波产生模块。
系统需要使用三角波作为载波，对音频信号进行调制，根据奈奎斯特采样定理，产生的三角波的频率至少为基波最高频率的2倍，为了后级滤波的方便，载波的频率应尽可能大。
一种改进型CIC抽取滤波器的实现方法
一种改进型CIC抽取滤波器的实现方法谢海霞;孙志雄【摘要】针对传统CIC抽取滤波器处理宽带信号时,阻带衰减满足要求,通带衰减过大的问题,提出了一种改进CIC抽取器的设计方法;在分级抽取滤波器的基础上用锐化技术改善滤波器通阻带衰减,采用内插二阶多项补偿函数对通带进行额外补偿,使带内更平坦,并利用多相分解的方法降低了抽取滤波器采样率;仿真验证了改进型滤波器具有更好的通、阻带特性.最后在FPGA上实现这个改进型CIC滤波器的设计,并进行了时序仿真和综合验证.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2018(026)014【总页数】5页(P162-166)【关键词】CIC抽取滤波器;内插二阶多项式;多相分解;FPGA【作者】谢海霞;孙志雄【作者单位】海南热带海洋学院电子通信工程学院,海南三亚572022;海南热带海洋学院电子通信工程学院,海南三亚572022【正文语种】中文【中图分类】TN911.72数字上、下变频器所涉及的抽取和内插存在着混叠、镜频等问题，抽取、内插后如何分离出需要的信号，关键在于抽取前和内插后的抗混叠高效数字滤波器设计。
由于CIC滤波器结构只有乘法运算，便于提高实时性和简化硬件，故常用它作为抗混叠高效数字滤波器。
经典CIC抽取器一般用来处理窄带信号，而处理宽带信号时，幅频响应很不理想，满足带外衰减指标时，通带衰减过大，难以满足抗混叠性能要求。
因此，如何更好地增大滤波器的零点抑制同时又不影响其通带性能一直是CIC滤波器研究的热点[1-5]。
1 CIC抽取器的设计CIC抽取器结构简单，主要由积分部分、抽取部分和梳状部分组成[6]。
其结构如图1所示。
图1 单级CIC抽取滤波器框图式（1）为单级CIC抽取器传输函数。
由于单级CIC的过渡带的衰减性能不是很好，所以实际应用中，通常是由多个单级CIC滤波器级联方法来加大过渡带和阻带的衰减。
多级传输函数为式（2）：其中，M为大于1的整数，称为抽取因子，决定了CIC的通带大小；K为级联数，对旁瓣抑制比起到加大作用。
改进型大功率数字功放电路的设计
改进型大功率数字功放电路的设计作者：王真朱山立来源：《消费电子·理论版》2013年第08期摘要：数字功率放大器，即D类音频功率放大器，与A类、B类不同的是其功率管工作在开关状态，是一种脉宽调制型功率放大器。
用脉宽调制信号驱动高速功率开关管，因而使得其功率管输出效率得到大大的提升，基于其高效率特点，所以被广泛应用于手机、笔记本内部音箱等其他便携式电子产品当中。
本文设计了一种由前级由小功率数字功放IC组成后级采用大功率对管进行扩流输出的功放电路，可进一步解决功放IC本身提供的功率有限这一缺点。
关键词：D类功率放大器；TA2020；电路设计中图分类号：TN722 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 16-0000-01D类功率放大器的高效率是A类B类功放难以赶上的，它的整合度高，外围电路也简单，音质好。
TA2020功放芯片其内部是经过脉宽调制（PWM）的音频数字信号变成PWM数字音频，再经过后级开关推挽输出再经过无源低通滤波器滤除高频杂波成分，将音频信号给还原出来。
TA2020功放集成块由于本身功耗小，散热结构可不做很大的要求，因此整个机身电路也可设计得很小。
芯片的的供电范围宽，单电源电压在8.5—15V，在没有散热片的情况下仍可工作。
一、前级TA2020应用电路设计（一）电路系统构成TA2020的功放电路采用大功率线性稳压电源供电，基于其能够给功放提供瞬态大电流的特点，可以让功放的低音动态信号得到良好的响应。
输入的音频信号经过内部前级放大后与三角波发生器提供的信号一起经比较器进行调制，再经过波形整形后变成PWM编码信号驱动桥式开关推挽电路产生大功率动态数字音频信号，经过电感、电容组成的低通滤波器滤波后再驱动扬声器发声。
（二）TA2020前级预放大电路原理图的设计图1为TA2020前级数字功放电原理图。
在此TA2020主要将输入的音频信号进行功率放大成PWM信号，推动后级大功率开关管进行扩流输出。
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在两倍于载波频率处。
４ 电路设计
基于归一化脉宽调制的 Ｄ 类音频放大器包含 以下几个部分：回路滤波器，归一化脉宽调制器，输 出功率级，振荡器，带隙基准源，过温过压保护模块， 短路保护模块。电路的总体结构框图如图 ２ 所示。 后面的讨论仅给出反馈控制回路、归一化脉宽调制 器、迟滞比较器三个关键模块的简要分析。
处理，因为我们既希望高的带内增益去保证高的电
源电压抑制比和低的总谐波失真，同时又希望高的
带阻衰减去抑制高频的反馈信号。在实际的电路情
况中还会有一些残余的高频信号在回路滤波器的输
出中，对于一个全差分的回路滤波电路而言，每一个
差分输出都是单独进行脉宽调制，因此，每一个周期
内会有两个跳变沿，这使得残余的高频信号就发生
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设计
图 ４ 回路滤波电路
Ｈ（ｓ）＝
ＧＰ×Ｒ２×（１＋Ｒ４×Ｃ２×ｓ）
２ （４）
Ｒ１×（ＧＰ ＋ＧＰ×Ｒ４×Ｃ２×ｓ ＋Ｒ３×Ｃ２×Ｒ２×Ｃ１×ｓ ）
在我们的设计中，回路滤波器的两个极点是由
Ф１ 采样阶段，回路滤波的输出 Ｖｌｏｏｐ１ 和 Ｖｌｏｏｐ２ 被储存
在采样电容 Ｃ２ 中，输入到比较器的是共模电压
Ｖｃｍ；在 Ф２ 保持阶段，储存在采样电容 Ｃ２ 中的电
压 Ｖｌｏｏｐ１ 和 Ｖｌｏｏｐ２ 被输入到比较器被振荡器输出的三
角波调制。
４．２ 归一化脉宽调制器
通过频域分析我们很容易得到两倍于载波频率
Ｊｎ（ｍπＭ） ｍπ
ｓｉｎ（ｍωｃｔ
＋ｎωｖｔ
－２ｍπｋ－
ｎπ ２
） （１）
Σ∞
Ｆ（ｔ）＝ｋ －
ｎ＝１
ＪｎｎπＭωｖ ／ωｃ ｎπωｖ ／ωｃ
ｓｉｎ（ｍωｖｔ
－
２ｎπｋωｖ ωｃ
－
ｎπ ２
）
Σ∞
＋
ｍ＝１
１－Ｊ０（ｍπＭ） ｍπ
ｓｉｎ
ｍωｃｔ
ΣΣ Σ Σ －
∞ ｍ＝１
±∞ ห้องสมุดไป่ตู้ ＝±１
Ｊｎ
Σｍωｃ ＋ｎωｖ ΣπＭ ／ωｃ （ｍωｃ ＋ｎωｖ）π／ωｃ
放大器的噪声进行整形，而输入项 ＶＩＮ（ｓ）则经过一 个低通滤波器。只要输出滤波器的截止频率选取得
当，大部分的噪声将会被推至带外［１３］。我们在实际的
电路中采用二阶回路滤波器用以提供低噪声、高增
益。如图 ４ 所示，两个全差分放大器均采用了米勒补
偿和共模反馈。电路的闭环传输函数为：
４８ （总第 １６４ 期） 2013·1-2·
样，调制效果优于单边的调制信号。最后，脉宽调制 的采样方法主要分为自然采样（ＮＰＷＭ）和归一化 采样（ＵＰＷＭ），自然采样是指对模拟信号直接进行 调制，归一化采样是对模拟信号采样后的数字信号 进行调制，基本的采样原理如图 １ 所示。
图 １ 采样原理对比图
这里给出了单边调制的自然采样脉宽调制和归
一化脉宽调制的傅里叶分析的结果［１５］，（设载波角频
免滤波 Ｄ 类音频放大器的调制结构主要有三 种研究思路：各种改进型 ＰＷＭ 调制技术、Δ－Σ 调 制技术、Ｂａｎｇ－Ｂａｎｇ 调制技术。其中 Δ－Σ 调制技术 的电路具有最高的电路复杂度，但其总谐波失真甚 至可以达到 ０．０００６％（１００Ｈｚ）［１］。相比之下，ＰＷＭ 调 制的性能就要逊色很多，ＰＷＭ 调制技术的最大问题 是其对于互调失真的抑制能力比较差［２－４］，这使得滤 波效果不佳，载波信号与音频信号间的互调失真也 已成为了该种电路结构的最主要的失真来源。针对 这个问题，本文将研究与设计一款基于归一化脉宽 调制（ＵＰＷＭ）技术的改进型免滤波 Ｄ 类音频放大 器结构。
中加入回路滤波电路的反馈控制技术是目前主流的
一种解决办法。但是前面的分析已经指出，自然采
样脉宽调制输入信号与载波信号之间存在严重的互
调失真。就闭环系统的特点来看，互调失真的一个
重要来源就是回路滤波器本身。传统脉宽调制方法
的闭环 Ｄ 类音频放大器，带内增益的提高会导致带
阻衰减能力的降低，这里需要我们去做一个折中的
反馈网络主要包括一个电阻分压网络，这里我
们假设反馈比例为 １，积分器的传递函数简化为
１／ｓ，同时假定脉宽调制模块具有单位增益，并且在
控制环路中具有零相位偏移。使用控制理论的分析
方法，很容易得到以下输出表达式：
ＶＯ（ｓ）＝
１ １＋ｓ
×ＶＩＮ（ｓ）＋
ｓ １＋ｓ
×Ｅｎ（ｓ）
（３）
输出的表达式中，噪声项 Ｅｎ（ｓ）相当于经过一 个高通滤波，正是通过这个高通滤波器对 Ｄ 类音频
严重，而对于归一化脉宽调制，因为采样引起的输入
信号谐波失真是最主要的失真来源。针对两种采样
方法的不同特点，现在已经有了很多优化方法。其
中反馈控制、动态控制补偿、单周控制技术主要用于
自然采样脉宽调制；噪声整形技术、增强采样控制技
术、补偿采样控制技术主要用于归一化采样脉宽调
制［７－１２］。
在基于自然采样脉宽调制的 Ｄ 类音频放大器
Design of an improved filterless class D audio amplifier
OU Yu，DAI Qing-yuan，LIU Chong （Research Institute of Micro/Nano Science and Technology,Shanghai Jiaotong university,Shanghai 200240）
率为，输入信号为，为三角波的幅值，为第一类贝塞
尔函数）。其中式（１）为 ＮＰＷＭ 傅里叶分析结果，
式（２）为 ＵＰＷＭ 傅里叶分析结果。
Σ Ｆ（ｔ）＝ｋ
＋
Ｍ ２
ｃｏｓ
∞
ωｖｔ ＋ ｍ＝１
ｓｉｎ ｍωｃｔ ｍπ
Σ∞
－
ｍ＝１
Ｊ０（ｍπＭ） ｍπ
ｓｉｎ（ｍωｃｔ
－２ｍπｋ）
ΣΣ －
∞ ｍ＝１
±∞ ｎ ＝±１
１ 概述
随着半导体技术的不断进步，各种便携式应用 已俨然成为了电子设备的一种发展趋势。集低功耗、 高效率、小尺寸于一身的 Ｄ 类音频放大器非常符合 未来潮流的发展。由于 Ｄ 类音频放大器本身是开关 输出，存在着不可避免的高频分量和辐射，传统基于
脉宽调制（ＰＷＭ）的方法中，载波信号的谐波分量 以及载波信号与音频信号间的互调失真都严重地影 响了信号的保真度。一般情况下需要考虑外加滤波 器，但是外加的 ＬＣ 滤波器，一方面占用芯片面积， 另一方面滤波元件的非线性还会引入额外的失真。 因此免滤波的 Ｄ 类音频放大器的研究成为相关领 域的一个热点。
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一种改进型免滤波 Ｄ类音频放大器的设计
欧宇，戴庆元，刘冲 （上海交通大学 微纳科学技术研究院，上海，２００２４０）
摘要：本文描述了一种基于华虹 ＮＥＣ ０．３５μｍＢＣＤ 工艺的改进型免滤波 Ｄ 类音频放大器。这种创新的结构 基于归一化脉冲宽度调制技术，通过对回路滤波的输出信号进行合理的采样与保持，同时采用迟滞比较 和反馈回路控制技术，很好地解决了传统脉宽调制方法中对于互调失真抑制能力较差的问题。 关键词：免滤波；归一化脉宽调制；迟滞比较；反馈控制；互调失真；Ｄ 类音频放大器
减是 １５ｄＢ（１ＭＨｚ，载波频率），２３ｄＢ（２ＭＨｚ，两倍载
波频率）。
ｃｏｓ［ｎωｖｔ
＋ｍωｃｔ
－
πｎωｖ ２ωｃ
］
（８）
图 ５ 给出了自然采样脉宽调制和归一化采样脉
宽调制的闭环频率响应，对于归一化采样脉宽调制
而言，载波倍频处的凹陷等同于在采样频率处有一
个传输零点的存在，而回路带宽处的一个微小尖峰，
有源 ＲＣ 积分器提供。单位增益的频率为
ｆＵＧ
１
＝
１ ２×π×Ｒ１×Ｃ１
＝１２５
ｋＨｚ
（５）
ｆＵＧ
２
＝
１ ２×π×Ｒ３×Ｃ２
＝２６６
ｋＨｚ
（６）
而回路滤波器的零点落在：
ｆｚｅｒｏ＝
１ ２×π×Ｒ４×Ｃ２
＝１９８
ｋＨｚ
（７）
仿真结果显示，回路滤波器的增益可以达到
１１５ｄＢ（１００Ｈｚ），１０３ｄＢ（２００Ｈｚ），７７ｄＢ（１ｋＨｚ），衰
ｓｉｎ［（ｍ
＋ｎ）π ２
］
图 ５ 闭环频率响应 图 ６ 采样保持电路
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2013·1-2·（总第 １６４ 期） ４９
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４．３ 迟滞比较器
比较器也是 Ｄ 类音频放大器中一个非常重要
Abstract:Ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｆｉｌｔｅｒｌｅｓｓ ｃｌａｓｓ Ｄ ａｕｄｉｏ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｉｎ ０．３５μｍＢＣＤ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｉｓ ｎｅｗ ａｒｃｈｉｔｅｔｕｒｅ ｂａｓｅ ｏｎ ｕｎｉｆｏｒｍ ｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｈｅｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔ ａｔｔｅｎｕａｔｅｓ ｍｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｂｙ ｓａｍｐｌｉｎｇ ａｎｄ ｈｏｌｄｉｎｇ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ｌｏｏｐ ｆｉｌｔｅｒ ａｔ ａ ｐｒｏｐｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ ａｎｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ． Keywords:ｆｉｌｔｅｒｌｅｓｓ；ｕｎｉｆｏｒｍ ｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＵＰＷＭ）； ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ；ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌ； ｉｎｔｅｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｄｉｓｔｏｔｉｏｎ（ＩＭＤ）；ｃｌａｓｓ Ｄ ａｕｄｉｏ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ