用于Class D音頻功放中的振蕩器設計

近年來， D類音頻功率放大器憑借其效率高，功耗低等優點， 已成為MP3、移動電話等便攜式音頻系統的首選解決方案。而振蕩器是D類音頻放大器的重要組成部分， 振蕩器對放大器的音質、芯片效率、電磁干擾等指標有著重要的影響。為此， 本文設計了一種應用于D類功放的電流控制振蕩器電路。該模塊基于電流模式， 主要實現兩個功能： 一是提供幅度與電源電壓成正比的三角波信號； 二是提供頻率幾乎與電源電壓無關的方波信號， 該方波信號的占空比為50%。

　　1 電流模式振蕩器原理

　　振蕩器的工作原理是通過MOS開關管來控制電流源對電容的充放電以產生三角波信號。傳統的基于電流模式的振蕩器結構框圖如圖1所示。

圖1 電流控制振蕩器的原理結構

　　圖1中， R1、R2、R3、R4通過對電源電壓的分壓來產生閾值電壓VH、VL和參考電壓Vref。參考電壓再通過放大器OPA與MN1構成的LDO結構來產生與電源電壓成正比的參考電流Iref。因此有：

　　本系統中的MP1、MP2、MP3可構成鏡像電流源， 以產生充電電流IB1。而MP1、MP2、MN2、MN3組成的鏡像電流源則產生放電電流IB2。假設MP1、MP2、MP3寬長比相等， MN2、MN3的寬長比相等。則有：

　　振蕩器工作時， 在充電階段t1時， CLK=1，MP3管以恒定電流IB1對電容充電， 此后A點電壓線性上升， 當A點電壓大于VH時， cmp1輸出端電壓翻轉為零。邏輯控制模塊主要由RS觸發器組成， 當cmp1輸出為0時， 輸出端CLK翻轉為低電平， CLK為高電平。振蕩器進入放電階段t2， 此時電容C開始以恒定電流IB2放電， 使A點的電壓下降。當電壓下降到小于VL時， cmp2的輸出電壓變為0。RS觸發器翻轉， CLK變為高電平， CLK變為低電平， 從而完成一個周期的充放電過程。由于IB1和IB2相等， 所以， 電容的充電和放電時間相等， A點三角波的上升沿斜率與下降沿斜率的絕對值相等， 因此， CLK信號為占空比50%的方波信號。

　　該振蕩器的輸出頻率與電源電壓無關， 而三角波的幅度則與電源電壓成正比。