音頻功率放大器的CMOS電路設計
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隨著集成技術的迅猛發展，體積小巧的便攜通信設備有了更加廣闊的市場前景。但是對于應用于這些便攜式設備中的音頻功率放大器芯片則有更加嚴格的要求。便攜式設備體積小，由電池供電，所以要求音頻功率放大器芯片有盡可能少的外圍設備，盡量低的功耗。此外，對于通信設備而言，在頻率217 Hz時會產生CDMA噪聲，所以音頻功率放大器必須也有較強的電源抑制比(PSRR)。本文中的音頻功率放大器就是為了使用盡可能少的外部組件提供高質量的輸出功率而專門設計的，它不需要外接自舉電容和耦合電容，所以非常適合于移動電話或其他低壓設備。
l 電路結構設計
眾所周知，AB類功放有比A類功放更高的效率，比B類放大器更低的交越失真。是現在音頻功率放大器市場上的主力軍。輸出運放是整個電路的核心，它的性能直接影響著整個芯片的各性能參數。
1．1 運放結構的選擇
本文中運用兩個AB類輸出的運放組成橋式結構，如圖1所示。第一個放大器的增益可由外部設置，而第二個放大器的增益是內部固定的單位增益。第一個放大器的閉環增益由Rf和RI的比值來確定，第二個放大器的增益由內部兩個20 kΩ的電阻固定。圖l中可以看出，第一個放大器的輸出作為第二個放大器的輸入，這樣使得兩個放大器的輸出在幅值上是相等的，而相位上相差180°。因此，整個電路的差分增益為：
橋式結構的工作不同于經典的單端輸出而負載另一端接地的放大器結構。和單端結構的放大器相比，橋式結構的設計有其獨特的優點。它可以差動驅動負載，因此在工作電壓一定的情況下輸出電壓的擺幅可以加倍。在相同條件下，輸出功率是單端結構的4倍。橋式結構和單端結構相比還有另外一個優點。由于是差分輸出，Vo1和Vo2偏置在1／2VDD，因此在負載上沒有直流電壓。這樣就不需要輸出耦合電容，而在單電源供電單端輸出的放大器中這個電容是必須的，沒有輸出耦合電容，負載上1／2VDD的偏置可以導致集成電路內部的功耗和可能的響度損失。鑒于以上的種種優點，這里選擇的電路結構為，由兩個AB類輸出運放組成的橋式連接放大器結構。
1．2 放大器電路結構
放大器電路圖如圖2所示。放大器第一級為折疊共源共柵結構，這種結構改善了兩級運算放大器的共模輸入范圍以及電源噪聲抑制特性。它可以看做是一個差分跨導級與電流級級聯再緊跟一個Cascode電流鏡負載的結構。第二級為AB類推挽式輸出，這種輸出可以高效地利用電源電壓和電源電流。和一般共源共柵放大器所不同的是，在輸出端加入了M11，M12，M13，M14四個管子，使單端輸出變成了雙端輸出。這四個管子與偏置電路、第二級的推挽式輸出電路共同組成了兩個跨導線性環。
跨導線性環是一個通過非線性電路提供線性關系的電路。圖2中M21，M13，M23，M24和M22，M12，M25，M26各組成了一個跨導線性環，容易得出：
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