用于Class D音頻功放中的振蕩器設計

　　2.3 邏輯控制部分

　　觸發器的輸出CLK和CLK為相位相反的方波信號， 可用來控制MP13、MN11與MP14、MN12的開啟和關斷。MP14和MN11作為開關管， 其作用相當于圖1中的SW1和SW2。MN12和MP13作為輔助管， 其主要作用是減小充放電電流的毛刺，消除三角波的尖沖現象。尖沖現象主要是由于MOS管狀態轉換時的溝道電荷注入效應所引起的。

　　假設去除MN12和MP13， CLK從0跳變到1時，MP14由導通到關閉狀態， 同時迫使MP11和MP12組成的電流源瞬間內從飽和區進入深線性區， 并使MP11、MP12、MP13的溝道電荷在極短的時間內抽出， 而這將引起很大的毛刺電流， 從而使A點出現尖沖電壓。與此同時， MN11由關斷狀態跳轉到導通狀態， MN10和MN9組成的電流層從深線性區轉到飽和區， 這三個管子的溝道電容短時間內充電， 同樣會引起大的毛刺電流和尖沖電壓。同樣， 若去除輔助管MN12， 那么， CLK跳變時， MN11、MN10、MN9也會產生大的毛刺電流與尖沖電壓。

　　雖然MP13與MP14寬長比相同， 但柵極電平相反， 因此， MP13與MP14交替導通。MP13對消除尖沖電壓主要起兩個作用。一是保證MP11、MP12在整個周期內都工作在飽和區， 以保證電流的連續性， 避免由電流鏡所引起的尖沖電壓；二是使MP13、MP14構成互補管。這樣， 在CLK電壓變化瞬間， 一個管子的溝道電容充電， 同時另外一個管子的溝道電容放電， 正負電荷相互抵消， 從而大大減小毛刺電流。同理， MN12的引入也會起到相同的作用。

　　2.4 修調技術的應用

　　在不同的晶片之間， 不同批次的MOS管的參數會有所不同。在不同的工藝角下， MOS管的氧化層厚度to也會有差別， 相應的Cox也會隨之變化， 從而引起充放電電流大小發生偏移， 使振蕩器的輸出頻率發生變化。在集成電路設計中， 修調技術主要是針對電阻、電阻網絡(或電容網絡)進行修調。采用不同的修調技術可增大或減小阻值(或容值)， 從而設計不同的電阻網絡(或電容網絡)。

　　充 放電電流IB1和IB2主要由電流Iref決定。而Iref=Vdd/2R5。因此， 本設計選擇對電阻R5進行修調，修調網絡如圖3所示， 圖中， 所有電阻阻值均相等。本設計中， 電阻R5的阻值為45kΩ。R5由十個阻值為4.5kΩ的小電阻串聯。將A、B兩點之間的金屬絲熔斷可將R5的阻值提高2.5%， 而將B，C之間的金屬絲熔斷可將電阻提高1.25%， 將A、B和B、C之間的熔絲都熔斷， 則可將阻值提高3.75%。這種修調技術的缺點是只能將電阻值調大， 而不能調小。

圖3 電阻修調網絡結構

　　3 仿真結果分析

　　本設計可在CSMC公司的0.5μmCMOS工藝上實現， 并可利用Spectre工具對振蕩器進行仿真。