AB-osztályú audioerősítő tervezése hordozható eszközökhöz

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Gärtner Péter
Elektronikus Eszközök Tanszéke

A szakdolgozat témája egy AB-osztályú audioerősítő chip megtervezése. A félév során megtanultam az analóg áramkör tervezési eljárások alapjait. Megismertem a tervezéshez szükséges alapvető analóg áramköri struktúrák (pl.: közös source-ú erősítő alapkapcsolás) működését. Az áramkört 180 nm-es technológián terveztem, ennek előnye, hogy a technológiai paraméterek szórása kevesebb problémát okoz. Az erősítő terhelése egy 70 ohm ellenállású Sennheiser fejhallgató, ami 200 mW maximális teljesítmény felvételére képes. Ahhoz, hogy ezt a teljesítményt le tudja adni az erősítő a kimenetén az eszköznek 5 V-os tápfeszültségre van szüksége. Ilyen erősítőkre azért van szükség, mert a laptopokban, mobiltelefonokban általánosan használt hangkártyák csak kisebb ellenállású eszközök meghajtására vannak optimalizálva, így egy ekkora ellenállással rendelkező eszközön már nem tudnak megfelelő teljesítményt leadni. Mivel az eszköz működésének nagy bemeneti jeltartományon biztosítottnak kell lennie, ezért bemenő fokozata nMOS-okból, illetve pMOS-okból felépített differenciál párok alkotta úgynevezett rail-to-rail fokozat. Egy ilyen bemenettel ellátott áramkör viselkedését azonban nagyban befolyásolja a közös módusú jel értéke. Ha a bemeneti jel egyenszintje a tápfeszültség értékének a fele körül van, akkor mind az nMOS-ok, mind a pMOS-ok szaturációban üzemelhetnek, ennek következménye, hogy a bemenő fokozat transzkonduktanciája a közös módusú feszültség függvényében változik. Emiatt szükség volt egy gm kompenzáló áramköri részlet beiktatására is. A rendelkezésre álló idő mennyisége miatt nem kapcsoló üzemű, hanem AB-osztályú kimeneti fokozat megtervezését választottuk. Mivel az áramkör alkalmazásában fontos, hogy nagy feszültségtartományon legyen kivezérelhető, ezért a kimenet végfokának invertáló erősítő felépítést választottam.

A tervezés során három verzió is készült a kimeneti fokozatra. Az első azért került elvetésre, mert megfelelő működést csak aszimmetrikus felépítésben tud produkálni. A második verzió már képes szimmetrikus üzemre, azonban itt az okozta a problémát, hogy a vezérlést két egymással szembe kapcsolt, nem ideális áramgenerátor juttatta a kimenetre, ez azonban szélsőséges vezérlés esetén nem megfelelő működést eredményezett. A harmadik verzió a másodikban felépített struktúrára alapoz, annyi a különbség, hogy feszültség vezérli a kimenetet. Ahhoz, hogy a választott technológián 5 V-os amplitúdójú kimeneti jelet lehessen előállítani, a megtervezett erősítőből kettőt hídba kapcsoltam, és így a két erősítő kimenetei közt vehető le a megfelelő jelérték. Az erősítő stabil működéséhez két kiegészítő áramkörrel, egy közös módusú feszültség-bufferrel és egy konstans gm-mel egészítettem ki a kapcsolást. A szimulációk során összesen 64 cornerben ellenőriztem az áramkör megfelelő működését.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.