Учурдагы режимге негизделген осциллятордун дизайны D классындагы аудио кубаттуулукту күчөткүчтөр: 6 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:36

Акыркы жылдары D классындагы аудио кубаттуулуктун күчөткүчтөрү жогорку эффективдүүлүгүнө жана аз энергия керектөөсүнө байланыштуу MP3 жана мобилдик телефондор сыяктуу портативдүү аудио тутумдары үчүн артыкчылыктуу чечим болуп калды. Осциллятор D классындагы аудио күчөткүчтүн маанилүү бөлүгү. Осциллятор күчөткүчтүн үнүнүн сапатына, чиптин эффективдүүлүгүнө, электромагниттик интерференцияга жана башка көрсөткүчтөргө маанилүү таасирин тийгизет. Ушул максатта, бул документ D классындагы күчөткүчтөр үчүн учурдагы башкарылуучу осциллятордун схемасын иштеп чыгат. Модуль учурдагы режимге негизделген жана негизинен эки функцияны ишке ашырат: бири амплитудасы электр энергиясынын чыңалуусуна пропорционалдуу үч бурчтуу толкун сигналын берүү; экинчиси жыштыгы электр менен камсыздоо чыңалуусуна дээрлик көз каранды болбогон квадрат толкундуу сигналды камсыз кылуу, ал эми квадрат толкун сигналынын милдети катышы 50%.

1 -кадам: Учурдагы режим осцилляторунун принциби

Осциллятордун иштөө принциби - үч бурчтуу толкун сигналын жаратуу үчүн MOS которуу түтүгү аркылуу конденсатордун заряддалышын жана агып чыгышын көзөмөлдөө. Кадимки учурдагы режимге негизделген осциллятордун блок -схемасы Figure 1де көрсөтүлгөн.

Учурдагы режимге негизделген Осциллятордун Д классы Аудио күчөткүчтөрдүн дизайны

Бийликте. 1, R1, R2, R3 жана R4 чыңалуусун VH, VL жана Vref чыңалуусун электр менен камсыздоо чыңалуусунун чыңалуусун бөлүү менен жаратат. Андан кийин шилтеме чыңалуусу OPA жана MN1 күчөткүчтөрүнүн LDO структурасы аркылуу өткөргүч чыңалууга пропорционалдуу Iref маалымдама токун түзүү үчүн өткөрүлөт. Ошентип, бар:

MP1, MP2 жана MP3 бул системада учурдагы IB1 заряддоо үчүн күзгү ток булагын түзө алат. MP1, MP2, MN2 жана MN3 түзгөн күзгү учурдагы булак IB2 агымын чыгарат. Бул MP1, MP2 жана MP3 узундугу катышына бирдей туурасы бар деп божомолдонот, жана MN2 жана MN3 узундугу катышы барабар. Анда бар:

Осциллятор иштеп жатканда, t1 заряддоо фазасында, CLK = 1, MP3 түтүк конденсаторду IB1 туруктуу агымы менен заряддайт. Андан кийин А чекитиндеги чыңалуу сызыктуу көтөрүлөт. А чекитиндеги чыңалуу VHдан чоң болгондо, cmp1дин чыгышындагы чыңалуу нөлгө бурулат. Логикалык башкаруу модулу негизинен RS флип-флопторунан турат. Cmp1дин чыгышы 0 болгондо, CLK чыгаруу терминалы төмөнкү деңгээлге бурулат, ал эми CLK - жогорку деңгээл. Осциллятор t2 разряд фазасына кирет, бул учурда С конденсатору IB2 туруктуу агымында разряд бере баштайт жана А чекитиндеги чыңалуу төмөндөйт. Чыңалуу VLден төмөн болгондо, cmp2 чыгуу чыңалуусу нөлгө айланат. RS флип-флопу оодарылат, CLK жогору кетет жана CLK төмөндөйт, заряддоо жана төгүү мезгилин бүтүрөт. IB1 жана IB2 бирдей болгондуктан, конденсатордун заряддоо жана төгүү убактысы бирдей. А чекитинин үч бурчтуу толкунунун өйдө көтөрүлүүчү кыйшайышы түшүүчү кырдын эңкейишинин абсолюттук маанисине барабар. Ошондуктан, CLK сигналы 50%милдети катышы бар төрт бурчтуу толкун сигнал.

Бул осциллятордун чыгуу жыштыгы берүү чыңалуусуна көз каранды эмес жана үч бурчтуу толкундун амплитудасы берүү чыңалуусуна пропорционалдуу.

2 -кадам: Осциллятордун схемасын ишке ашыруу

Бул кагазда иштелип чыккан осциллятордун схемасы 2 -сүрөттө көрсөтүлгөн. Район үч бөлүккө бөлүнөт: чеги чыңалуу генерациялоочу схема, заряддоочу жана разряддык токтун генератордук схемасы жана логикалык башкаруу схемасы.

Учурдагы режимге негизделген осциллятордун дизайны D классындагы аудио кубаттуулукту күчөткүчтөр 2 -осцилляторду ишке ашыруу схемасы

2.1 Босогонун чыңалуусун жаратуучу блок

Босогодогу чыңалуу жаратуучу бөлүк MN1 жана бирдей каршылык мааниге ээ болгон R1, R2, R3 жана R4 төрт чыңалууга бөлүнүүчү каршылаштардан түзүлүшү мүмкүн. MOS транзистору MN1 бул жерде коммутатордук транзистор катары колдонулат. Аудио сигнал киргизилбесе, чип CTRL терминалын төмөн коет, VH жана VL экөө тең 0В, ал эми осциллятор чиптин статикалык энергия керектөөсүн азайтуу үчүн иштебей калат. Сигнал киргизүү болгондо, CTRL төмөн, VH = 3Vdd/4, VL = Vdd/4. Салыштыргычтын жогорку жыштыгында иштегендиктен, эгер В жана С чекиттери түздөн -түз компаратордун киришине туташса, MOS транзисторунун паразиттик сыйымдуулугу аркылуу чыңалуу чыңалуусуна электромагниттик тоскоолдук түзүлүшү мүмкүн. Ошондуктан, бул схема Б чекитин жана С чекитин буферге байланыштырат. Райондук симуляциялар буферлерди колдонуу электр магниттик тоскоолдуктарды эффективдүү изоляциялап, босоголук чыңалууну турукташтыра аларын көрсөтөт.

2.2 Заряддык жана разряддык токтун генерациясы

Жеткирүү чыңалуусуна пропорционалдуу ток OPA, MN2 жана R5 тарабынан түзүлүшү мүмкүн. OPAнын кирешеси жогору болгондуктан, Vref менен V5тин ортосундагы чыңалуу айырмасы анча чоң эмес. Каналдын модуляция эффектинен улам MP11 жана MN10 токторуна булак-дренаждык чыңалуу таасир этет. Демек, конденсатордун заряддуу-разряддык агымы мындан ары берүүчү чыңалуу менен сызыктуу болбойт. Бул долбоордо учурдагы күзгү MP11 жана MN10 булак-дренаждык чыңалуусун турукташтыруу үчүн каскод түзүлүшүн колдонот жана электр менен камсыздоо чыңалуусуна сезимталдыкты төмөндөтөт. AC көз карашынан алганда, каскод структурасы учурдагы булактын (катмардын) чыгуу каршылыгын жогорулатат жана чыгаруу токундагы катаны азайтат. MN3, MN4 жана MP5 MP12 үчүн бир жактуу чыңалууну камсыз кылуу үчүн колдонулат. MP8, MP10, MN6 MN9 үчүн бир жактуу чыңалууну камсыздай алат.

2.3 Логикалык башкаруу бөлүмү

Чыгуу CLK жана CLK флип-флоптун карама-каршы фазалуу квадрат толкундуу сигналдары болуп саналат, алар MP13, MN11 жана MP14, MN12 ачылышын жана жабылышын көзөмөлдөө үчүн колдонулушу мүмкүн. MP14 жана MN11 коммутатордук транзисторлор катары иштешет, алар 1-сүрөттө SW1 жана SW2 катары иштешет. MN12 жана MP13 көмөкчү түтүктөрдүн ролун аткарышат, анын негизги функциясы заряддын жана разряддын агымын кыскартуу жана үч бурчтуу толкундардын кескин атуу көрүнүшүн жок кылуу.. MOS транзистору мамлекеттик өткөөл абалда болгондо, кескин атуу феномени негизинен каналдын заряддоо эффектиси менен шартталган.

MN12 жана MP13 алынып салынды деп эсептесек, CLK 0дон 1ге өтүүдө MP14 өчүк абалга келет жана MP11 жана MP12ден турган учурдагы булак каныккан аймактан терең сызыктуу аймакка тез арада кирүүгө мажбур болот жана MP11, MP12, MP13 - Каналдын заряды өтө кыска убакыттын ичинде чыгарылат, бул чоң ката токту пайда кылат, бул А чекитиндеги чыңалууга алып келет. Ошол эле учурда MN11 өчүк абалдан күйүк абалына секирет жана MN10 жана MN9дан турган учурдагы катмарлар терең сызыктуу аймактан каныккан аймакка барат. Бул үч түтүктүн каналдын сыйымдуулугу кыска убакыттын ичинде заряддалат, бул чоң Бурр токун жана чыңалуу чыңалууну пайда кылат. Ошо сыяктуу эле, көмөкчү түтүк MN12 алынып салынса, MN11, MN10 жана MN9 да CLK секирилгенде чоң ката токту жана чыңалуу чыңалуусун пайда кылат. MP13 жана MP14 туурасы менен узундугуна бирдей болгонуна карабастан, дарбазанын деңгээли карама-каршы, ошондуктан MP13 жана MP14 кезектешип күйгүзүлөт. MP13 чыңалуу чыңалуусун жок кылууда эки негизги ролду ойнойт. Биринчиден, MP11 жана MP12 токтун үзгүлтүксүздүгүн камсыз кылуу жана ток күзгүсүнүн кескин атуу чыңалуусун болтурбоо үчүн бүт циклде каныккан аймакта иштешин камсыз кылыңыз. Экинчиден, MP13 менен MP14 бири -бирин толуктоочу түтүктү түзөт. Ошентип, CLK чыңалуусу өзгөргөн учурда, бир түтүктүн каналдын сыйымдуулугу заряддалат, ал эми экинчи түтүктүн каналдын сыйымдуулугу төгүлөт, оң жана терс заряддар бири -бирин жокко чыгарат, ошону менен каталык агымын абдан азайтат. Ошо сыяктуу эле, MN12дин киргизилиши да ошол эле ролду ойнойт.

2.4 Оңдоо технологиясын колдонуу

MOS түтүктөрүнүн ар кандай партияларынын параметрлери вафли арасында өзгөрөт. Процесстин ар кандай бурчтарында MOS түтүгүнүн кычкыл катмарынын калыңдыгы да ар кандай болот, жана тийиштүү Кокс да ошого жараша өзгөрөт, заряддын жана разряддын агымынын жылышына алып келип, осциллятордун чыгуу жыштыгы өзгөрөт. Интегралдык схеманын дизайнында кыркуу технологиясы негизинен резистор менен резистор тармагын (же конденсатор тармагын) өзгөртүү үчүн колдонулат. Ар кандай резистордук тармактарды (же сыйымдуулукту) жогорулатуу же азайтуу үчүн ар кандай резистордук тармактарды (же конденсатордук тармактарды) долбоорлоо үчүн колдонсо болот. IB1 жана IB2 заряддары жана агымдары негизинен учурдагы Iref тарабынан аныкталат. Жана Iref = Vdd/2R5. Ошондуктан, бул дизайн R5 каршылыгын кыркууну тандайт. Кыркуу тармагы 3 -сүрөттө көрсөтүлгөн. Сүрөттө бардык резисторлор бирдей. Бул дизайнда R5 каршылыгынын каршылыгы 45 кОм. R5 4.5kΩ каршылыгы бар он чакан резистор менен катар туташкан. А жана В эки чекиттин ортосундагы зымды эритүү R5тин каршылыгын 2,5%га жогорулатышы мүмкүн, ал эми В менен Стин ортосундагы бириктирүү А, В жана В, С ортосундагы каршылыкты 1,25%га жогорулатышы мүмкүн., бул каршылыкты 3,75%га жогорулатат. Бул кыркуу техникасынын кемчилиги каршылыктын маанисин гана көтөрө алат, бирок кичине эмес.

Figure 3 каршылык оңдоо тармагынын түзүлүшү

3 -кадам: Симуляция жыйынтыгын талдоо

Бул дизайн CSMCдин 0.5μm CMOS процессинде ишке ашырылышы мүмкүн жана Specter куралы менен окшоштурулушу мүмкүн.

3.1 Кошумча алмаштыруучу түтүк аркылуу үч бурчтуу толкунду жакшыртуу

Figure 4 толуктоочу түтүк менен үч бурчтуу толкундун жакшырганын көрсөткөн схемалык диаграмма. 4 -сүрөттөн көрүнүп тургандай, бул конструкциядагы MP13 жана MN12 толкун формалары жантайыш өзгөргөндө ачык чокуларга ээ эмес жана көмөкчү түтүк кошулгандан кийин толкун формасынын курчуу кубулушу жоголот.

Figure 4 Үч бурчтуу толкунга толуктоочу түтүктүн жакшыртылган толкун формасы

3.2 Электр менен камсыздоо чыңалуусунун жана температурасынын таасири

5 -сүрөттөн көрүнүп тургандай, электр менен камсыздоо чыңалуусу 3Вдан 5Вга чейин өзгөргөндө осциллятордун жыштыгы 1,86% га өзгөрөт. Температура -40 ° Сдан 120 ° Сге чейин өзгөргөндө, осциллятордун жыштыгы 1,93%га өзгөрөт. Көрүнүп тургандай, температура жана электр менен камсыздоо чыңалуусу ар кандай болгондо, осциллятордун чыгуу жыштыгы туруктуу бойдон кала алат, андыктан чиптин нормалдуу иштеши камсыз кылынат.

Figure 5 Чыңалуу менен температуранын жыштыкка таасири

4 -кадам: Жыйынтык

Бул кагаз D класстагы аудио күчөткүчтөр үчүн учурдагы башкарылуучу осцилляторду иштеп чыгат. Адатта, бул осциллятор 250 кГц жыштыгы бар төрт бурчтуу жана үч бурчтуу толкун сигналдарын чыгара алат. Мындан тышкары, осциллятордун чыгуу жыштыгы температура менен камсыздоо чыңалуусу ар түрдүү болгондо туруктуу бойдон кала алат. Мындан тышкары, чыңалуу чыңалуусу кошумча коммутатордук транзисторлорду кошуу менен да алынып салынышы мүмкүн. Резистордук тармакты кыркуу техникасын киргизүү менен процесстин өзгөрүүсү болгондо так чыгуу жыштыгын алууга болот. Учурда бул осциллятор D классындагы аудио күчөткүчтө колдонулган.