一种低噪声振荡器的设计
摘 要: 基于PWM 技术的D类音频功放已广泛应用于各类电子产品中， PWM 载波由振荡器产生， 振荡器的性能直接影响D类功放的性能。文中主要从提高电路抗噪能力的角度提出一种基于BCD工艺的低噪声频率稳定振荡器的设计， 噪声电流仅为0.42 nA。该电路能在10~ 36 V和-40~ 150 ℃范围内正常工作， 振荡频率随电压的变化率小于1%， 且具有主- 从工作模式的同步功能。通过一个外接电阻调节振荡频率范围为300~ 500 kH z。该电路已成功应用于一种*率D类音频功放中。
近年来， 随着电子产品正在向小型化、便携式方向发展， D 类音频功率放大器凭借其小尺寸、高效率、低功耗、低失真等优势成为市场的需求， 得到业界的普遍认可。利用D 类功率放大器可以设计出更小更薄和更有效率的电子产品， 不仅节约成本，还可延长便携式产品电池的工作时间。
D类音频功放普遍采用脉冲宽度调制( PWM )技术， PWM 载波由振荡器产生。D 类功放为了不失真地反映音频输入信号和降低输出端的噪声要求载波频率必须很稳定。然而， 振荡器因噪声、串扰、电源电压变化、温度变化等因素引起的时序抖动使得振荡器波形的占空比和频率不再稳定。目前已有许多文献从温度和电源电压的角度提出了频率稳定的振荡器设计方法， 在此基础上， 本文从提高电路抗噪能力的角度提出了一种低噪声频率稳定的振荡器设计。鉴于该振荡器用于*率D 类音频功放，最大工作电压达到36 V， 可工作在开关模式且功耗极低的DMOS高压功率器件适合作为高压管， 因此采用目前最适合用于制造电源管理、显示驱动等IC的BCD 工艺。
1 振荡器频率的设定
D类音频功放中， 振荡器产生的方波频率就是脉冲宽度调制器( PWM)的载波频率。载波频率的高低决定了对输入音频信号的采样速率和对输出滤波器的要求， 影响了器件的尺寸、成本及性能。载波频率较低时， 为了得到不失真的输出信号， 要求输出滤波器的截止频率也较低， 这样就必须增大滤波器的尺寸， 从而增加芯片面积， 提高成本。根据采样定理，如果载波频率fc 与输入信号的最高频率f inmax满足:
那么， 用低通滤波器就能不失真地恢复原信号。实际上， 为了实现产品性能和尺寸方面的折衷， 一般将f c 设计为f inmax的十倍以上。因此， 本设计决定将振荡器的频率设计为300~ 500 kH z之间可调。
2 电路设计
所设计的振荡器电路结构如图1所示， 该振荡器主要由四部分组成: 偏置电流产生电路， 三个比较器， 数字逻辑控制电路和充放电回路。振荡器输出方波信号Vosc是通过控制电容C1、C2 进行轮流充放电来产生的。Vosc的频率由偏置电流Ibias、电阻R osc、电容C1、C2 及其充放电电流决定。因此， 引起振荡器时序抖动的噪声源主要就是偏置电流的噪声电流、R osc和C1、C 2 上的噪声电压以及由比较器产生的噪声电压。R osc和C1、C2 上的噪声电压主要是由噪声电流引起的， 减小噪声电流便可降低噪声电压。应用时， 在R osc两端并联一个大电容可以有
