用于Class D音频功放中的振荡器设计

要起两个作用。一是保证MP11、MP12在整个周期内都工作在饱和区， 以保证电流的连续性， 避免由电流镜所引起的尖冲电压；二是使MP13、MP14构成互补管。这样， 在CLK电压变化瞬间， 一个管子的沟道电容充电， 同时另外一个管子的沟道电容放电， 正负电荷相互抵消， 从而大大减小毛刺电流。同理， MN12的引入也会起到相同的作用。

　　2.4 修调技术的应用

　　在不同的晶片之间， 不同批次的MOS管的参数会有所不同。在不同的工艺角下， MOS管的氧化层厚度to也会有差别， 相应的Cox也会随之变化， 从而引起充放电电流大小发生偏移， 使振荡器的输出频率发生变化。在集成电路设计中， 修调技术主要是针对电阻、电阻网络(或电容网络)进行修调。采用不同的修调技术可增大或减小阻值(或容值)， 从而设计不同的电阻网络(或电容网络)。

　　充 放电电流IB1和IB2主要由电流Iref决定。而Iref=Vdd/2R5。因此， 本设计选择对电阻R5进行修调，修调网络如图3所示， 图中， 所有电阻阻值均相等。本设计中， 电阻R5的阻值为45kΩ。R5由十个阻值为4.5kΩ的小电阻串联。将A、B两点之间的金属丝熔断可将R5的阻值提高2.5%， 而将B，C之间的金属丝熔断可将电阻提高1.25%， 将A、B和B、C之间的熔丝都熔断， 则可将阻值提高3.75%。这种修调技术的缺点是只能将电阻值调大， 而不能调小。

图3 电阻修调网络结构

　　3 仿真结果分析

　　本设计可在CSMC公司的0.5μmCMOS工艺上实现， 并可利用Spectre工具对振荡器进行仿真。

　　3.1 互补开关管对三角波的改善

　　图4所示是互补开关管对三角波的改善示意图。由图4可见， 本设计中MP13和MN12的波形在斜率变化时没有明显的尖峰， 而且在添加辅助管后， 其波形尖冲现象基本消失。

图4 互补开关管对三角波的改善波形

　　3.2 电源电压和温度的影响

　　图5所示是电压和温度对频率的影响曲线。

　　从图5可以看出， 电源电压从3V变化到5V时， 其振荡器的频率变化为1.86%； 当温度从-40℃变化到120℃时， 振荡器频率变化了1.93%。可见在温度和电源电压变化范围很大时， 该振荡器的输出频率仍可保持稳定， 故可保证芯片的正常工作。

图5 电压和温度对频率的影响曲线

　　4 结束语

　　本文设计了一种应用于D类音频功放的电流控制振荡器。在典型情况下， 该振荡器可以输出频率为250kHz的方波和三角波信号。而且在温度和电源电压变化范围较大时， 振荡器的输出频率仍然可以保持稳定。此外， 通过增加互补开关管， 还可以去除尖冲电压。而通过引入电阻网络修调技术， 则可在有工艺偏差情况下得到精确的输出频率。目前， 该振荡器已经应用于一款D类音频放大器中。