D sinfidagi ovoz kuchaytirgichlari uchun joriy rejimga asoslangan osilatorning dizayni: 6 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:22

So'nggi yillarda D sinfidagi audio quvvat kuchaytirgichlari yuqori mahsuldorligi va kam quvvat sarfi tufayli MP3 va mobil telefonlar kabi ko'chma audio tizimlar uchun afzal qilingan echimga aylandi. Osilator D sinfidagi ovoz kuchaytirgichining muhim qismidir. Osilator kuchaytirgichning ovoz sifati, chip samaradorligi, elektromagnit shovqin va boshqa ko'rsatkichlarga muhim ta'sir ko'rsatadi. Shu maqsadda, ushbu maqola D sinfidagi quvvat kuchaytirgichlari uchun oqim bilan boshqariladigan osilator sxemasini loyihalashtiradi. Modul joriy rejimga asoslangan va asosan ikkita funktsiyani bajaradi: biri amplitudasi quvvat manbai kuchlanishiga mutanosib bo'lgan uchburchak to'lqin signalini berish; ikkinchisi - to'lqinli signalni ta'minlash, uning chastotasi elektr ta'minoti kuchlanishiga deyarli bog'liq emas va kvadrat to'lqin signalining vazifa nisbati - 50%.

1 -qadam: Osilatorning joriy rejimi printsipi

Osilatorning ishlash printsipi - uchburchak to'lqin signalini hosil qilish uchun kondansatörün oqim manbai tomonidan MOS kalit trubkasi orqali zaryadlanishi va tushishini nazorat qilish. An'anaviy oqim rejimiga asoslangan osilatorning blok -diagrammasi 1 -rasmda ko'rsatilgan.

D sinfidagi ovoz kuchaytirgichlari uchun joriy rejimga asoslangan osilatorning dizayni

Shakl. 1, R1, R2, R3 va R4 quvvat manbai voltajining bo'linishi orqali VH, VL chegara kuchlanishlarini va Vref mos yozuvlar kuchlanishini hosil qiladi. Keyin kuchlanish OPA va MN1 kuchaytirgichlarining LDO tuzilmasidan o'tkaziladi, bu esa besleme zo'riqishiga mutanosib Iref mos yozuvlar oqimini hosil qiladi. Shunday qilib, bor:

Ushbu tizimdagi MP1, MP2 va MP3 zaryadlovchi IB1 oqimini yaratish uchun ko'zgu oqim manbai bo'lishi mumkin. MP1, MP2, MN2 va MN3 dan tashkil topgan oynali oqim manbai IB2 tushirish oqimini hosil qiladi. MP1, MP2 va MP3 kenglik uzunliklarga teng, MN2 va MN3 uzunlik nisbatlariga teng deb taxmin qilinadi. Keyin bor:

Osilator ishlayotganda, t1 zaryadlash bosqichida, CLK = 1, MP3 trubkasi kondansatkichni doimiy tok IB1 bilan zaryad qiladi. Shundan so'ng, A nuqtadagi kuchlanish chiziqli ravishda ko'tariladi. A nuqtadagi kuchlanish VH dan katta bo'lsa, smp1 chiqishidagi kuchlanish nolga aylanadi. Mantiqiy boshqaruv moduli asosan RS-flip-floplardan iborat. Cmp1 ning chiqishi 0 bo'lsa, CLK chiqish terminali past darajaga, CLK esa yuqori darajaga aylanadi. Osilator t2 deşarj fazasiga kiradi, bu vaqtda C kondansatörü doimiy IB2 oqimida tusha boshlaydi, bu A nuqtadagi kuchlanishning pasayishiga olib keladi. Voltaj VLdan pastga tushganda, smp2 chiqish voltaji nolga aylanadi. RS flip-flop tebranadi, CLK yuqori ko'tariladi va CLK past bo'ladi, zaryad va tushirish davri tugaydi. IB1 va IB2 teng bo'lgani uchun kondansatörün zaryadlash va tushirish vaqtlari teng. A nuqtali uchburchak to'lqinning ko'tarilgan chekka qiyaligi tushayotgan qirg'oq qiyaligining mutlaq qiymatiga teng. Shuning uchun, CLK signali 50%vazifa nisbatiga ega bo'lgan to'lqinli signaldir.

Ushbu osilatorning chiqish chastotasi besleme zo'riqishidan mustaqil va uchburchak to'lqin amplitudasi besleme zo'riqishiga mutanosib.

2 -qadam: Osilator sxemasini amalga oshirish

Ushbu maqolada ishlab chiqarilgan osilatorlar sxemasi 2 -rasmda ko'rsatilgan. O'chirish uch qismga bo'linadi: ostona kuchlanish hosil qilish davri, zaryadlovchi va tushirish oqimi ishlab chiqarish davri va mantiqiy boshqaruv davri.

D sinfidagi ovozli quvvat kuchaytirgichlari uchun joriy rejimga asoslangan osilatorning dizayni 2 -rasm osilatorni amalga oshirish sxemasi

2.1 Eshikli kuchlanish ishlab chiqarish birligi

Eshik kuchlanish hosil qiluvchi qism MN1 va teng qarshilik qiymatiga ega bo'lgan to'rtta kuchlanish bo'luvchi qarshilik R1, R2, R3 va R4 bilan tuzilishi mumkin. MOS tranzistorli MN1 bu erda tranzistor sifatida ishlatiladi. Ovozli signal kiritilmaganda, chip CTRL terminalini past darajaga qo'yadi, VH va VL ikkalasi ham 0V bo'ladi va osilator chipning statik quvvat sarfini kamaytirish uchun ishlashni to'xtatadi. Signal kirganda, CTRL past bo'ladi, VH = 3Vdd/4, VL = Vdd/4. Taqqoslagichning yuqori chastotali ishlashi tufayli, agar B va C nuqtalari to'g'ridan -to'g'ri taqqoslagichning kirishiga ulangan bo'lsa, MOS tranzistorining parazitar sig'imi orqali chegara kuchlanishiga elektromagnit shovqin paydo bo'lishi mumkin. Shuning uchun, bu sxema B va C nuqtalarini buferga ulaydi. O'chirish simulyatsiyalari shuni ko'rsatadiki, buferlardan foydalanish elektromagnit parazitni samarali ravishda ajratib qo'yishi va chegaradagi kuchlanishni barqarorlashtirishi mumkin.

2.2 Zaryad va tushirish tokini hosil qilish

Ta'minot kuchlanishiga mutanosib oqim OPA, MN2 va R5 tomonidan ishlab chiqarilishi mumkin. OPA daromadlari yuqori bo'lganligi sababli, Vref va V5 o'rtasidagi kuchlanish farqi ahamiyatsiz. Kanal modulyatsiyasi effekti tufayli MP11 va MN10 oqimlari manba-drenaj kuchlanishidan ta'sirlanadi. Shuning uchun, kondansatörün zaryad-tushirish oqimi endi besleme zo'riqishida chiziqli emas. Ushbu dizaynda, hozirgi oynada MP11 va MN10 manbalaridagi drenaj kuchlanishini barqarorlashtirish va quvvat manbai kuchlanishiga sezuvchanlikni pasaytirish uchun kaskodli tuzilma ishlatiladi. AC nuqtai nazaridan, kaskod tuzilishi oqim manbai (qatlam) ning chiqish qarshiligini oshiradi va chiqish oqimidagi xatoni kamaytiradi. MP12 uchun noto'g'ri kuchlanishni ta'minlash uchun MN3, MN4 va MP5 ishlatiladi. MP8, MP10, MN6 MN9 uchun noto'g'ri kuchlanish berishi mumkin.

2.3 Mantiqiy nazorat bo'limi

Flip-flopning CLK va CLK chiqishlari qarama-qarshi fazali kvadrat to'lqinli signallar bo'lib, ular yordamida MP13, MN11 va MP14, MN12 ning ochilishi va yopilishini nazorat qilish mumkin. MP14 va MN11 1-rasmda SW1 va SW2 vazifasini bajaradigan o'tish tranzistorlari vazifasini bajaradi. MN12 va MP13 yordamchi quvurlar vazifasini bajaradi, ularning asosiy vazifasi zaryad va tushirish oqimining burilishlarini kamaytirish va uchburchak to'lqinlarning keskin otish hodisasini bartaraf etishdir.. O'tkir suratga olish hodisasi, asosan, MOS tranzistorining holati o'zgarganda, kanal zaryadining in'ektsiya ta'siridan kelib chiqadi.

MN12 va MP13 o'chirilgan deb hisoblasak, CLK 0 dan 1 ga o'tganda, MP14 o'chirilgan holatga o'tadi va MP11 va MP12 dan tashkil topgan oqim manbai to'yinganlik zonasidan bir zumda chuqur chiziqli mintaqaga kirishga majbur bo'ladi va MP11, MP12, MP13 - kanal zaryadi juda qisqa vaqt ichida olinadi, bu katta nosozlik oqimini keltirib chiqaradi va A nuqtasida keskin kuchlanish paydo bo'lishiga olib keladi. MN10 va MN9 dan tashkil topgan oqim qatlamlari chuqur chiziqli mintaqadan to'yinganlikka o'tadi. Bu uchta trubkaning kanal sig'imi qisqa vaqt ichida zaryadlanadi, bu esa katta Burr oqimi va bosh kuchlanishiga olib keladi. Xuddi shunday, agar MN12 yordamchi trubkasi olib tashlansa, MN11, MN10 va MN9 ham katta nosozlik oqimi va CLK sakraganda keskin kuchlanish hosil qiladi. MP13 va MP14 kenglik-uzunlik nisbati bir xil bo'lsa-da, eshik darajasi qarama-qarshi, shuning uchun MP13 va MP14 navbat bilan yoqiladi. MP13 kuchlanish kuchlanishini bartaraf etishda ikkita asosiy rol o'ynaydi. Birinchidan, oqimning uzluksizligini ta'minlash va oqim oynasidan kelib chiqadigan keskin tortishish kuchlanishining oldini olish uchun MP11 va MP12 ning butun tsikl davomida to'yinganlik hududida ishlashini ta'minlang. Ikkinchidan, MP13 va MP14 ni bir -birini to'ldiruvchi trubaga aylantiring. Shunday qilib, CLK kuchlanishining o'zgarishi vaqtida bitta trubaning kanal sig'imi zaryadlanadi, boshqa trubaning kanal sig'imi chiqariladi va musbat va manfiy zaryadlar bir -birini bekor qiladi va shu bilan nosozlik oqimini ancha kamaytiradi. Xuddi shunday, MN12 ning kiritilishi ham xuddi shunday rol o'ynaydi.

2.4 Ta'mirlash texnologiyasini qo'llash

Turli xil MOS naychalarining parametrlari gofretlar orasida farq qiladi. Har xil jarayon burchaklari ostida, MOS trubkasi oksidi qatlamining qalinligi ham har xil bo'ladi va mos keladigan Cox ham shunga mos ravishda o'zgaradi, bu zaryad va tushirish oqimining o'zgarishiga olib keladi, bu esa osilatorning chiqish chastotasini o'zgartiradi. Integral sxemalarni loyihalashda kesish texnologiyasi asosan qarshilik va qarshilik tarmog'ini (yoki kondansatör tarmog'ini) o'zgartirish uchun ishlatiladi. Har xil qarshilik tarmoqlarini (yoki kondansatör tarmoqlarini) loyihalash uchun qarshilikni (yoki sig'imni) oshirish yoki kamaytirish uchun har xil rezistorli tarmoqlardan foydalanish mumkin. IB1 va IB2 zaryad va tushirish oqimlari asosan hozirgi Iref bilan belgilanadi. Va Iref = Vdd/2R5. Shuning uchun, bu dizayn R5 rezistorini kesishni tanlaydi. Kesish tarmog'i 3 -rasmda ko'rsatilgan. Rasmda barcha rezistorlar teng. Ushbu dizaynda R5 rezistorining qarshiligi 45 kΩ. R5 4,5 kΩ qarshilikli o'nta kichik rezistor bilan ketma -ket ulanadi. A va B ikkita nuqta orasidagi simni birlashtirish R5 qarshiligini 2,5%ga, B va C orasidagi simni esa A, B va B, C oralig'idagi qarshilikni 1,25%ga oshirishi mumkin., bu qarshilikni 3,75%ga oshiradi. Ushbu qirqish texnikasining kamchiliklari shundaki, u faqat qarshilik qiymatini oshirishi mumkin, lekin kichik emas.

3 -rasm qarshilikni ta'mirlash tarmog'i tuzilishi

3 -qadam: Simulyatsiya natijalarini tahlil qilish

Ushbu dizaynni CSMC -ning 0,5 mikronli CMOS jarayonida amalga oshirish mumkin va uni Specter vositasi yordamida simulyatsiya qilish mumkin.

3.1 Bir -birini to'ldiruvchi quvur yordamida uchburchak to'lqinni yaxshilash

Shakl 4 - uchburchak to'lqinning bir -birini to'ldiruvchi naycha orqali yaxshilanishini ko'rsatuvchi sxematik diagramma. 4 -rasmdan ko'rinib turibdiki, bu dizayndagi MP13 va MN12 to'lqin shakllari qiyalik o'zgarganda aniq cho'qqilarga ega emas va yordamchi trubka qo'shilgandan keyin to'lqin shaklini keskinlashtirish hodisasi yo'qoladi.

Shakl 4 Bir -birini to'ldiruvchi trubaning uchburchak to'lqinga to'lqin shakli yaxshilandi

3.2 Elektr ta'minoti kuchlanishi va haroratining ta'siri

5 -rasmdan ko'rinib turibdiki, elektr ta'minoti kuchlanishi 3V dan 5V gacha o'zgarganda osilatorning chastotasi 1,86% ga o'zgaradi. Harorat -40 ° C dan 120 ° C gacha o'zgarganda, osilator chastotasi 1,93%ga o'zgaradi. Ko'rinib turibdiki, harorat va quvvat manbai keskin o'zgarganda, osilatorning chiqish chastotasi barqaror bo'lib qolishi mumkin, shuning uchun chipning normal ishlashi ta'minlanishi mumkin.

5 -rasm Chastotaga kuchlanish va haroratning ta'siri

4 -qadam: Xulosa

Ushbu maqolada D sinfidagi ovoz kuchaytirgichlari uchun joriy boshqariladigan osilator ishlab chiqilgan. Odatda, bu osilator 250 kHz chastotali kvadrat va uchburchak to'lqin signallarini chiqarishi mumkin. Bundan tashqari, harorat va besleme zo'riqishining o'zgarishi bilan osilatorning chiqish chastotasi barqaror bo'lib qolishi mumkin. Bunga qo'shimcha ravishda, qo'shimcha kuchlanishli tranzistorlarni qo'shish orqali keskinlikni ham olib tashlash mumkin. Rezistorli tarmoqni kesish texnikasini joriy qilish orqali jarayonlar o'zgarganda aniq chiqish chastotasini olish mumkin. Hozirgi vaqtda bu osilator D sinfidagi ovoz kuchaytirgichda ishlatilgan.