Ընթացիկ ռեժիմի վրա հիմնված տատանումների նախագծում D դասի ձայնային հզորության ուժեղացուցիչների համար `6 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:45

Վերջին տարիներին D դասի աուդիո հզորության ուժեղացուցիչները դարձել են նախընտրելի լուծում դյուրակիր աուդիո համակարգերի համար, ինչպիսիք են MP3- ը և բջջային հեռախոսները `դրանց բարձր արդյունավետության և էներգիայի ցածր սպառման պատճառով: Օսլիլատորը D դասի աուդիո ուժեղացուցիչի կարևոր մասն է: Տատանողը կարևոր ազդեցություն ունի ուժեղացուցիչի ձայնի որակի, չիպի արդյունավետության, էլեկտրամագնիսական միջամտության և այլ ցուցանիշների վրա: Այդ նպատակով այս հոդվածը նախագծում է ընթացիկ վերահսկվող տատանումների միացում D դասի հզորության ուժեղացուցիչների համար: Մոդուլը հիմնված է ընթացիկ ռեժիմի վրա և հիմնականում իրականացնում է երկու գործառույթ. մյուսը պետք է ապահովի քառակուսի ալիքի ազդանշան, որի հաճախականությունը գրեթե անկախ չէ էներգիայի մատակարարման լարումից, իսկ քառակուսի ալիքի ազդանշանի հերթապահության հարաբերակցությունը 50%է:

Քայլ 1. Ընթացիկ ռեժիմի տատանումների սկզբունք

Օսլիլատորի աշխատանքի սկզբունքն է վերահսկել կոնդենսատորի լիցքավորումը և լիցքաթափումը ընթացիկ աղբյուրի միջոցով MOS անջատիչ խողովակի միջոցով ՝ եռանկյուն ալիքի ազդանշան առաջացնելու համար: Պայմանական ընթացիկ ռեժիմի վրա հիմնված տատանումների բլոկ -դիագրամը ներկայացված է Նկար 1 -ում:

Ընթացիկ ռեժիմի վրա հիմնված տատանումների նախագծում D դասի ձայնային հզորության ուժեղացուցիչների համար

Նկարում 1, R1, R2, R3 և R4 առաջացնում են շեմային լարումներ VH, VL և տեղեկատու լարման Vref ՝ բաժանելով էլեկտրամատակարարման լարման լարումը: Հետո հղումային լարումը փոխանցվում է OPA և MN1 ուժեղացուցիչների LDO կառուցվածքով `առաջացման հոսանքի Iref- ի առաջացման համար, որը համաչափ է մատակարարման լարման: Այսպիսով, կան.

Այս համակարգում MP1- ը, MP2- ը և MP3- ն կարող են ձևավորել հայելային ընթացիկ աղբյուր `IB1 լիցքավորման հոսանք առաջացնելու համար: MP1, MP2, MN2 և MN3- ից կազմված հայելային հոսանքի աղբյուրը առաջացնում է IB2 արտանետման հոսանք: Ենթադրվում է, որ MP1, MP2 և MP3- ն ունեն լայնության և երկարության հավասար հարաբերություններ, իսկ MN2- ի և MN3- ի լայնությունը `երկարության: Այնուհետեւ կան.

Երբ տատանումն աշխատում է, լիցքավորման փուլում t1, CLK = 1, MP3 խողովակը լիցքավորում է կոնդենսատորը կայուն IB1 հոսանքով: Դրանից հետո A կետում լարումը բարձրանում է գծային: Երբ A կետի լարումը VH- ից մեծ է, cmp1- ի ելքի լարումը զրոյի է վերածվում: Տրամաբանության կառավարման մոդուլը հիմնականում կազմված է RS մատնահետքերից: Երբ cmp1- ի ելքը 0 է, ելքային տերմինալը CLK- ն շրջված է ցածր մակարդակի, իսկ CLK- ը `բարձր մակարդակի: Տատանողը մտնում է բեռնաթափման t2 փուլ, այդ պահին C կոնդենսատորը սկսում է լիցքաթափվել IB2 հաստատուն հոսանքով, ինչը հանգեցնում է A կետի լարվածության անկման: Երբ լարումը իջնում է VL- ից, cmp2- ի ելքային լարումը դառնում է զրո: RS- ի մատով շրջվում է, CLK- ն բարձրանում է, և CLK- ն իջնում է ՝ ավարտելով լիցքավորման և լիցքաթափման ժամանակահատվածը: Քանի որ IB1- ը և IB2- ը հավասար են, կոնդենսատորի լիցքավորման և լիցքավորման ժամանակը հավասար են: A կետի եռանկյուն ալիքի աճող եզրերի լանջը հավասար է ընկնող եզրերի լանջի բացարձակ արժեքին: Հետևաբար, CLK ազդանշանը քառակուսի ալիքի ազդանշան է ՝ 50%տուրքի հարաբերակցությամբ:

Այս տատանողի ելքային հաճախականությունը անկախ մատակարարման լարումից է, իսկ եռանկյուն ալիքի ամպլիտուդը համաչափ է մատակարարման լարման:

Քայլ 2. Տատանման շղթայի իրականացում

Այս հոդվածում ներկայացված տատանումների սխեմայի նախագիծը ներկայացված է Նկար 2 -ում: Շղթան բաժանված է երեք մասի `շեմի լարման առաջացման միացում, լիցքավորման և լիցքաթափման հոսանքի առաջացման միացում և տրամաբանական կառավարման միացում:

Ընթացիկ ռեժիմի վրա հիմնված տատանումների նախագծում D դասի ձայնային հզորության ուժեղացուցիչների համար Գծապատկեր 2 տատանումների իրականացման միացում

2.1 Շեմի լարման առաջացման միավոր

Շեմի լարման առաջացման մասը կարող է կազմվել MN1- ով և լարման բաժանող չորս ռեզիստորներով `R1, R2, R3 և R4, որոնք ունեն հավասար դիմադրության արժեքներ: MOS տրանզիստորը MN1- ն այստեղ օգտագործվում է որպես անջատիչ տրանզիստոր: Երբ ձայնային ազդանշան չի մուտքագրվում, չիպը ցածր է դնում CTRL տերմինալը, VH- ն և VL- ն երկուսն էլ 0V են, և տատանումները դադարում են աշխատել չիպի ստատիկ էներգիայի սպառումը նվազեցնելու համար: Երբ կա ազդանշանի մուտքագրում, CTRL- ը ցածր է, VH = 3Vdd/4, VL = Vdd/4: Համեմատողի բարձր հաճախականության գործարկման պատճառով, եթե B և C կետերն ուղղակիորեն կապված են համեմատիչի մուտքի հետ, MOS տրանզիստորի մակաբուծական հզորության միջոցով էլեկտրամագնիսական միջամտություն կարող է առաջանալ շեմի լարման նկատմամբ: Հետեւաբար, այս սխեման կապում է B կետը եւ C կետը բուֆերին: Շղթայի մոդելավորումները ցույց են տալիս, որ բուֆերների օգտագործումը կարող է արդյունավետորեն մեկուսացնել էլեկտրամագնիսական միջամտությունը և կայունացնել շեմի լարումը:

2.2 Լիցքավորման և լիցքաթափման հոսանքի առաջացում

Մատակարարման լարման համամասնությունը կարող է առաջանալ OPA, MN2 և R5- ի միջոցով: Քանի որ OPA- ի շահույթը բարձր է, Vref- ի և V5- ի միջև լարման տարբերությունն աննշան է: Ալիքի մոդուլյացիայի էֆեկտի պատճառով MP11 և MN10 հոսանքները ազդում են աղբյուրի արտահոսքի լարման վրա: Հետեւաբար, կոնդենսատորի լիցքաթափման հոսանքը այլեւս գծային չէ մատակարարման լարման հետ: Այս նախագծում ընթացիկ հայելին օգտագործում է կասկոդի կառուցվածքը `կայունացնելու MP11 և MN10 աղբյուրների արտահոսքի լարումը և նվազեցնելու սնուցման լարման նկատմամբ զգայունությունը: AC տեսանկյունից, կասկոդի կառուցվածքը մեծացնում է ընթացիկ աղբյուրի (շերտի) ելքային դիմադրությունը և նվազեցնում ելքային հոսանքի սխալը: MN3, MN4 և MP5 օգտագործվում են MP12- ի կողմնակալ լարումը ապահովելու համար: MP8, MP10, MN6- ը կարող են ապահովել կողմնակալ լարումը MN9- ի համար:

2.3 Տրամաբանության վերահսկման բաժին

Ֆլիպ-ֆլոպի ելքային CLK և CLK- ն քառակուսի ալիքների ազդանշաններ են `հակառակ փուլերով, որոնք կարող են օգտագործվել MP13, MN11 և MP14, MN12 բացման և փակման վերահսկման համար: MP14- ը և MN11- ը հանդես են գալիս որպես անջատիչ տրանզիստորներ, որոնք գործում են որպես SW1 և SW2 Նկարում:. Սուր կրակոցների երևույթը հիմնականում առաջանում է ալիքի լիցքի ներարկման ազդեցությամբ, երբ MOS տրանզիստորը գտնվում է պետական անցման մեջ:

Ենթադրելով, որ MN12- ը և MP13- ը հանվում են, երբ CLK- ն անցնում է 0 -ից 1 -ին, MP14- ը միացված է անջատված վիճակին, և MP11- ից և MP12- ից կազմված ներկայիս աղբյուրը ստիպված է լինում ներթափանցել խորը գծային շրջան `հագեցվածության շրջանից ակնթարթորեն, և MP11, MP12, MP13 են Ալիքի լիցքը շատ կարճ ժամանակում դուրս է բերվում, ինչը մեծ անջատման հոսանք է առաջացնում ՝ առաջացնելով Ա կետի բարձրացման լարումը: Միևնույն ժամանակ, MN11- ը անջատված վիճակից անցնում է միացված վիճակին, և MN10 և MN9- ից կազմված ընթացիկ շերտերը գնում են խորը գծային շրջանից դեպի հագեցվածության շրջան: Այս երեք խողովակների ալիքային հզորությունը լիցքավորվում է կարճ ժամանակում, ինչը նաև առաջացնում է մեծ Burr հոսանք և բարձրացման լարում: Նմանապես, եթե MN12 օժանդակ խողովակը հանվի, MN11- ը, MN10- ը և MN9- ը նույնպես առաջացնում են մեծ ճեղքման հոսանք և բարձրացման լարման, երբ CLK- ն ցատկում է: Չնայած MP13 և MP14- ն ունեն նույն լայնություն-երկարություն հարաբերակցությունը, դարպասի մակարդակը հակառակն է, ուստի MP13 և MP14- ը հերթով միացված են: MP13- ը երկու հիմնական դեր է խաղում աճող լարման վերացման գործում: Նախ, ապահովեք, որ MP11 և MP12- ն ամբողջ ցիկլի ընթացքում աշխատեն հագեցվածության շրջանում `ապահովելու հոսանքի շարունակականությունը և խուսափելու ընթացիկ հայելու պատճառով առաջացած կտրուկ հարվածի լարումից: Երկրորդ ՝ MP13 և MP14 ձևավորեք լրացուցիչ խողովակ: Այսպիսով, CLK լարման փոփոխության պահին մեկ խողովակի ալիքի թողունակությունը լիցքավորված է, իսկ մյուս խողովակի տարողունակությունը լիցքաթափվում է, և դրական և բացասական լիցքերը չեղարկում են միմյանց ՝ դրանով իսկ մեծապես նվազեցնելով ճեղքման հոսանքը: Նմանապես, MN12- ի ներդրումը նույն դերը կխաղա:

2.4 Վերանորոգման տեխնոլոգիայի կիրառում

MOS խողովակների տարբեր խմբաքանակների պարամետրերը կտարածվեն վաֆլիի միջև: Գործընթացի տարբեր տեսանկյուններից, MOS խողովակի օքսիդային շերտի հաստությունը նույնպես տարբեր կլինի, և համապատասխան Cox- ը նույնպես համապատասխանաբար կփոխվի ՝ առաջացնելով լիցքի և արտանետման հոսանքի տեղաշարժ, ինչը կփոխի տատանումների ելքային հաճախականությունը: Ինտեգրալ սխեմաների նախագծման ժամանակ կտրման տեխնոլոգիան հիմնականում օգտագործվում է ռեզիստորների և ռեզիստորների ցանցի (կամ կոնդենսատորների ցանցի) փոփոխման համար: Տարբեր ռեզիստորային ցանցեր կարող են օգտագործվել դիմադրողականությունը (կամ հզորությունը) մեծացնելու կամ նվազեցնելու համար `դիմադրողական տարբեր ցանցերի (կամ կոնդենսատորների ցանցերի) նախագծման համար: IB1 և IB2 լիցքավորման և լիցքավորման հոսանքները հիմնականում որոշվում են ընթացիկ Iref- ով: Եվ Iref = Vdd/2R5: Հետեւաբար, այս դիզայնը ընտրում է R5 ռեզիստորի կտրումը: Կտրող ցանցը ներկայացված է Նկարում 3: Նկարում բոլոր դիմադրողները հավասար են: Այս նախագծում R5 դիմադրության դիմադրությունը 45kΩ է: R5- ը շարքով միացված է տասը փոքր ռեզիստորներով ՝ 4.5kΩ դիմադրությամբ: Լարը երկու A և B կետերի միջև միացնելը կարող է R5- ի դիմադրությունը բարձրացնել 2,5%-ով, իսկ B- ի և C- ի միջև մետաղալարերի միաձուլումը կարող է բարձրացնել դիմադրությունը 1,25%-ով, A, B և B, C- ի միջև: Ապահովիչները բոլորը փչած են, ինչը բարձրացնում է դիմադրությունը 3,75%-ով: Այս կտրման տեխնիկայի թերությունն այն է, որ այն կարող է բարձրացնել միայն դիմադրության արժեքը, բայց ոչ փոքրը:

Նկար 3 դիմադրության վերանորոգման ցանցի կառուցվածքը

Քայլ 3. Սիմուլյացիայի արդյունքների վերլուծություն

Այս դիզայնը կարող է իրականացվել CSMC- ի 0.5μm CMOS գործընթացի վրա և կարող է մոդելավորվել Spectre գործիքի միջոցով:

3.1 Եռանկյուն ալիքի բարելավում `լրացուցիչ անջատիչ խողովակով

Նկար 4 -ը սխեմատիկ դիագրամ է, որը ցույց է տալիս եռանկյուն ալիքի բարելավումը լրացուցիչ անջատիչ խողովակի միջոցով: Նկ. 4 -ից երևում է, որ այս ձևի MP13 և MN12 ալիքների ձևերն ակնհայտ գագաթներ չունեն, երբ լանջը փոխվում է, իսկ ալիքի ձևի սրման երևույթը անհետանում է օժանդակ խողովակի ավելացումից հետո:

Նկար 4 Լրացուցիչ անջատիչ խողովակի եռանկյուն ալիքի բարելավված ալիքի ձևը

3.2 Սնուցման լարման և ջերմաստիճանի ազդեցությունը

Նկար 5 -ից երևում է, որ տատանումների հաճախականությունը փոխվում է մինչև 1.86%, երբ էներգիայի մատակարարման լարումը փոխվում է 3 Վ -ից մինչև 5 Վ: Երբ ջերմաստիճանը փոխվում է -40 ° C- ից մինչև 120 ° C, տատանումների հաճախականությունը փոխվում է 1.93%-ով: Կարելի է տեսնել, որ երբ ջերմաստիճանը և էլեկտրամատակարարման լարումը լայնորեն տարբերվում են, տատանումների ելքային հաճախականությունը կարող է կայուն մնալ, այնպես որ չիպի բնականոն աշխատանքը կարող է ապահովվել:

Գծապատկեր 5 Լարման և ջերմաստիճանի ազդեցությունը հաճախականության վրա

Քայլ 4: Եզրակացություն

Այս փաստաթուղթը նախագծում է ընթացիկ վերահսկվող տատանում D դասի ձայնային հզորության ուժեղացուցիչների համար: Սովորաբար, այս տատանողը կարող է թողնել քառակուսի և եռանկյուն ալիքների ազդանշաններ ՝ 250 կՀց հաճախականությամբ: Ավելին, տատանման ելքային հաճախականությունը կարող է կայուն մնալ, երբ ջերմաստիճանը և մատակարարման լարումը լայնորեն տարբերվում են: Բացի այդ, գագաթային լարումը կարող է հանվել նաև լրացուցիչ անջատիչ տրանզիստորներ ավելացնելով: Ներդրելով ռեզիստորային ցանցի կտրման տեխնիկա, գործընթացի տատանումների առկայության դեպքում կարելի է ճշգրիտ ելքային հաճախականություն ստանալ: Ներկայումս այս տատանումն օգտագործվել է D կարգի աուդիո ուժեղացուցիչի մեջ: