D ангиллын аудио цахилгаан өсгөгчийн одоогийн горимд суурилсан осцилляторын загвар: 6 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:00

Сүүлийн жилүүдэд D ангиллын аудио цахилгаан өсгөгч нь өндөр үр ашигтай, эрчим хүч бага зарцуулдаг тул MP3 болон гар утас зэрэг зөөврийн аудио системийн хувьд хамгийн тохиромжтой шийдэл болжээ. Осциллятор нь D ангиллын аудио өсгөгчийн чухал хэсэг юм. Осциллятор нь өсгөгчийн дууны чанар, чипийн үр ашиг, цахилгаан соронзон хөндлөнгийн оролцоо болон бусад үзүүлэлтүүдэд чухал нөлөө үзүүлдэг. Энэ зорилгоор энэхүү баримт бичигт D ангиллын цахилгаан өсгөгчийн гүйдлийн хяналттай осциллятор хэлхээг зохион бүтээсэн болно. Модуль нь одоогийн горимд суурилсан бөгөөд үндсэндээ хоёр функцийг хэрэгжүүлдэг: нэг нь далайц нь цахилгаан тэжээлийн хүчдэлтэй пропорциональ гурвалжин долгионы дохиог өгөх; нөгөө нь давтамж нь тэжээлийн хүчдэлээс бараг хамааралгүй, дөрвөлжин долгионы дохиог өгөх бөгөөд квадрат долгионы дохионы үүргийн харьцаа 50%байна.

Алхам 1: Одоогийн горимын осцилляторын зарчим

Осцилляторын ажиллах зарчим нь гурвалжин долгионы дохиог үүсгэхийн тулд MOS унтраалга хоолойгоор дамжуулж одоогийн эх үүсвэрээр конденсаторыг цэнэглэх, цэнэглэхийг хянах явдал юм. Уламжлалт гүйдлийн горимд суурилсан осцилляторын блок диаграммыг Зураг 1 -д үзүүлэв.

D ангиллын аудио цахилгаан өсгөгчийн одоогийн горимд суурилсан осцилляторын загвар

Зураг дээр. 1, R1, R2, R3, R4 нь тэжээлийн хүчдэлийн хүчдэлийг хуваах замаар VH, VL босоо хүчдэл ба Vref жишиг хүчдэлийг үүсгэдэг. Дараа нь лавлах хүчдэлийг OPA ба MN1 өсгөгчийн LDO бүтцээр дамжуулж тэжээлийн хүчдэлтэй пропорциональ Iref лавлах гүйдлийг үүсгэдэг. Тиймээс:

Энэ систем дэх MP1, MP2, MP3 нь толин тусгал гүйдлийн эх үүсвэрийг үүсгэж IB1 цэнэглэх гүйдлийг үүсгэж чаддаг. MP1, MP2, MN2, MN3 -ээс бүрдсэн толин тусгал гүйдлийн эх үүсвэр нь IB2 цэнэглэх гүйдлийг үүсгэдэг. MP1, MP2, MP3 нь урттай тэнцүү өргөнтэй, MN2 ба MN3 нь урттай тэнцүү өргөнтэй гэж үздэг. Дараа нь:

Осциллятор ажиллаж байх үед t1, CLK = 1 цэнэглэх үед MP3 хоолой нь конденсаторыг тогтмол гүйдэлтэй IB1 цэнэглэдэг. Үүний дараа А цэг дээрх хүчдэл шугаман өсдөг. А цэг дээрх хүчдэл VH -ээс их байвал cmp1 гаралтын хүчдэл тэг болж хувирна. Логик хяналтын модуль нь голчлон RS flip-flops-ээс бүрдэнэ. Cmp1 -ийн гаралт 0 байх үед CLK гаралтын терминал нь доод түвшинд урвуу, CLK нь өндөр түвшинд байна. Осциллятор нь t2 цэнэглэх үе шатанд ордог бөгөөд энэ үед C конденсатор нь IB2 тогтмол гүйдэлд цэнэглэгдэж эхэлдэг бөгөөд энэ нь А цэг дээрх хүчдэл буурахад хүргэдэг. Хүчдэл VL -ээс доош унахад смп2 гаралтын хүчдэл тэг болно. RS flip-flop эргэдэг, CLK өндөр, CLK буурч цэнэглэгдэх хугацаа дуусдаг. IB1 ба IB2 тэнцүү тул конденсаторын цэнэглэх, цэнэглэх хугацаа тэнцүү байна. А цэгийн гурвалжин долгионы өсөн нэмэгдэж буй ирмэг нь унаж буй ирмэгийн үнэмлэхүй утгатай тэнцүү байна. Тиймээс CLK дохио нь 50%-ийн үүргийн харьцаатай дөрвөлжин долгионы дохио юм.

Энэхүү осцилляторын гаралтын давтамж нь тэжээлийн хүчдэлээс хамаардаггүй бөгөөд гурвалжин долгионы далайц нь тэжээлийн хүчдэлтэй пропорциональ байна.

Алхам 2: Осцилляторын хэлхээний хэрэгжилт

Энэхүү баримт бичигт тусгагдсан осциллятор хэлхээний загварыг Зураг 2 -т үзүүлэв. Хэлхээг босго хүчдэл үүсгэх хэлхээ, цэнэглэх, цэнэглэх гүйдэл үүсгэх хэлхээ, логик хяналтын хэлхээ гэсэн гурван хэсэгт хуваана.

D ангиллын аудио цахилгаан өсгөгчийн одоогийн горимд суурилсан осцилляторын зураг төсөл 2 -р осцилляторыг хэрэгжүүлэх хэлхээ

2.1 Босго хүчдэл үүсгэх нэгж

Босго хүчдэл үүсгэх хэсгийг MN1 ба эсэргүүцлийн ижил утгатай R1, R2, R3, R4 хүчдэл хуваах дөрвөн эсэргүүцэл үүсгэж болно. MOS транзистор MN1 -ийг энд шилжих транзистор болгон ашигладаг. Аудио дохио ороогүй тохиолдолд чип нь CTRL терминалыг бага болгож, VH ба VL хоёулаа 0V, осциллятор нь чипийн статик цахилгаан хэрэглээг багасгахын тулд ажиллахаа болино. Дохио оруулах үед CTRL бага, VH = 3Vdd/4, VL = Vdd/4 байна. Харьцуулагчийн өндөр давтамжийн ажиллагаанаас шалтгаалан хэрэв В цэг ба С цэг нь харьцуулагчийн оролттой шууд холбогдсон бол MOS транзисторын паразит багтаамжаар босго хүчдэлд цахилгаан соронзон хөндлөнгийн оролцоо үүсч болно. Тиймээс энэ хэлхээ нь В цэг ба С цэгийг буфертай холбодог. Хэлхээний симуляциас харахад буфер ашиглах нь цахилгаан соронзон хөндлөнгийн оролцоог үр дүнтэй тусгаарлаж, босго хүчдэлийг тогтворжуулж чадна.

2.2 Цэнэглэх ба цэнэглэх гүйдэл үүсгэх

Нийлүүлэлтийн хүчдэлтэй пропорциональ гүйдлийг OPA, MN2, R5 -ээр үүсгэж болно. OPA -ийн ашиг өндөр байгаа тул Vref ба V5 хоорондох хүчдэлийн ялгаа нь ач холбогдолгүй юм. Сувгийн модуляцийн нөлөөгөөр MP11 ба MN10-ийн гүйдэл нь эх үүсвэрээс зайлуулах хүчдэлд нөлөөлдөг. Тиймээс конденсаторын цэнэг-цэнэгийн гүйдэл нь тэжээлийн хүчдэлтэй шугаман байхаа больсон. Энэхүү дизайны хувьд одоогийн толин тусгал нь каскод бүтцийг ашиглан MP11 ба MN10 эх үүсвэрийн ус зайлуулах хүчдэлийг тогтворжуулж, тэжээлийн хүчдэлийн мэдрэмтгий байдлыг бууруулдаг. АС -ийн хэтийн төлөвөөс харахад каскодын бүтэц нь одоогийн эх үүсвэр (давхарга) -ийн гаралтын эсэргүүцлийг нэмэгдүүлж, гаралтын гүйдлийн алдааг бууруулдаг. MN3, MN4, MP5 нь MP12 -ийн хэвийсэн хүчдэлийг хангахад ашиглагддаг. MP8, MP10, MN6 нь MN9 -ийн хэвийсэн хүчдэлийг хангаж чаддаг.

2.3 Логик хяналтын хэсэг

Флип-флопын CLK ба CLK гаралт нь эсрэг фазтай дөрвөлжин долгионы дохио бөгөөд үүнийг MP13, MN11, MP14, MN12-ийн нээлт, хаалтыг хянахад ашиглаж болно. MP14 ба MN11 нь 1-р зурагт SW1 ба SW2 үүрэг гүйцэтгэдэг шилжүүлэгч транзисторын үүрэг гүйцэтгэдэг. MN12 ба MP13 нь туслах хоолойн үүргийг гүйцэтгэдэг бөгөөд үндсэн үүрэг нь цэнэг, цэнэгийн гүйдлийн цоорхойг багасгах, гурвалжин долгионы хурц үзэгдлийн үзэгдлийг арилгах явдал юм.. Хурц зураг авалтын үзэгдэл нь гол төлөв MOS транзистор төлөвт шилжих үед сувгийн цэнэг шахах нөлөөнөөс үүдэлтэй байдаг.

MN12 ба MP13 -ийг хассан гэж үзвэл CLK нь 0 -ээс 1 рүү шилжих үед MP14 нь унтарсан төлөвт шилжих бөгөөд MP11 ба MP12 -ээс бүрдсэн одоогийн эх үүсвэр нь ханасан бүсээс гүн шугаман муж руу шууд орох ёстой болдог., MP12, MP13 байна Сувгийн цэнэгийг маш богино хугацаанд гаргадаг бөгөөд энэ нь их хэмжээний доголдол үүсгэдэг бөгөөд энэ нь А цэг дээр огцом хүчдэл үүсгэдэг. MN10 ба MN9 -ээс бүрдсэн одоогийн давхаргууд нь гүн шугаман мужаас ханалтын бүс рүү явдаг. Эдгээр гурван хоолойн сувгийн багтаамж богино хугацаанд цэнэглэгддэг бөгөөд энэ нь их хэмжээний Бурр гүйдэл ба үсрэлтийн хүчдэл үүсгэдэг. Үүний нэгэн адил, хэрэв туслах хоолой MN12 -ийг салгавал MN11, MN10, MN9 нь CLK -ийг үсрэх үед их хэмжээний доголдлын гүйдэл болон огцом хүчдэл үүсгэдэг. MP13 ба MP14 нь өргөн ба уртын харьцаа ижил боловч хаалганы түвшин эсрэгээрээ байдаг тул MP13 ба MP14-ийг ээлжлэн асаана. MP13 нь үсрэлтийн хүчдэлийг арилгахад хоёр үндсэн үүрэг гүйцэтгэдэг. Нэгдүгээрт, гүйдлийн тасралтгүй байдлыг хангахын тулд MP11 ба MP12 нь ханалтын бүсэд бүхэл бүтэн мөчлөгийн туршид ажиллаж, одоогийн толиноос үүдэлтэй хурц харвах хүчдэлээс зайлсхийх хэрэгтэй. Хоёрдугаарт, MP13 ба MP14 -ийг нэмэлт хоолой болгоно. Ийнхүү CLK хүчдэл өөрчлөгдөх үед нэг хоолойн сувгийн багтаамж цэнэглэгдэж, нөгөө хоолойн сувгийн багтаамж цэнэггүй болж, эерэг ба сөрөг цэнэгүүд бие биенээ цуцалж, улмаар доголдлын гүйдлийг ихээхэн бууруулдаг. Үүний нэгэн адил MN12 нэвтрүүлэх нь ижил үүрэг гүйцэтгэнэ.

2.4 Засварлах технологийн хэрэглээ

MOS хоолойн янз бүрийн багцын параметрүүд нь нимгэн хавтангийн хооронд өөр өөр байх болно. Процессийн өөр өнцгөөс харахад MOS хоолойн исэлдэлтийн давхаргын зузаан өөр байх бөгөөд харгалзах Кокс нь мөн өөрчлөгдөж, цэнэг ба цэнэгийн гүйдэл өөрчлөгдөхөд осцилляторын гаралтын давтамж өөрчлөгдөх болно. Нэгдсэн хэлхээний дизайны хувьд шүргэх технологийг ихэвчлэн резистор ба резисторын сүлжээг (эсвэл конденсаторын сүлжээ) өөрчлөхөд ашигладаг. Төрөл бүрийн резистор сүлжээг (эсвэл конденсаторын сүлжээ) зохион бүтээхийн тулд эсэргүүцэл (эсвэл багтаамж) нэмэгдүүлэх эсвэл бууруулахын тулд өөр өөр резистор сүлжээг ашиглаж болно. IB1 ба IB2 цэнэг, цэнэгийн урсгалыг голчлон одоогийн Iref тодорхойлдог. Мөн Iref = Vdd/2R5. Тиймээс энэхүү загвар нь R5 резисторыг тайрахыг сонгосон болно. Шүргэх сүлжээг Зураг 3 -т үзүүлэв. Зураг дээр бүх эсэргүүцэл тэнцүү байна. Энэхүү загварт R5 эсэргүүцлийн эсэргүүцэл 45 кОм байна. R5 нь 4.5 кОм эсэргүүцэлтэй арван жижиг резистороор цувралаар холбогддог. А ба В гэсэн хоёр цэгийн хооронд утсыг нийлүүлэх нь R5 -ийн эсэргүүцлийг 2.5%-иар нэмэгдүүлэх ба В ба С -ийн хоорондох утсыг нийлүүлэх нь эсэргүүцлийг 1.25%, А, В ба В, С -ийн хооронд нэмэгдүүлэх боломжтой. Энэ нь эсэргүүцлийг 3.75%-иар нэмэгдүүлдэг. Энэхүү шүргэх техникийн сул тал нь зөвхөн эсэргүүцлийн утгыг нэмэгдүүлэх боломжтой боловч жижигхэн биш юм.

Зураг 3 эсэргүүцэл засварын сүлжээний бүтэц

Алхам 3: Загварчлалын үр дүнгийн дүн шинжилгээ

Энэхүү загварыг CSMC -ийн 0.5μm CMOS процесс дээр хэрэгжүүлэх боломжтой бөгөөд үүнийг Specter хэрэгслээр дуурайж болно.

3.1 Нэмэлт сэлгэн залгах хоолой ашиглан гурвалжин долгионыг сайжруулах

Зураг 4 нь гурвалжин долгионы нэмэлт сэлгэн залгуураар сайжруулсныг харуулсан бүдүүвч диаграмм юм. Энэхүү дизайны MP13 ба MN12 долгионы хэлбэрүүд нь налуу өөрчлөгдөхөд тодорхой оргилууд байдаггүй бөгөөд туслах хоолойг нэмсний дараа долгионы хэлбэрийг хурцлах үзэгдэл арилдаг болохыг 4 -р зурагнаас харж болно.

Зураг 4 Нэмэлт дамжуулах хоолойн долгионы хэлбэрийг гурвалжин долгион болгон сайжруулсан

3.2 Цахилгаан хангамжийн хүчдэл ба температурын нөлөө

Цахилгаан тэжээлийн хүчдэл 3В -аас 5В болж өөрчлөгдөхөд осцилляторын давтамж 1.86% болж өөрчлөгдөж байгааг Зураг 5 -аас харж болно. Температур -40 ° C -аас 120 ° C хүртэл өөрчлөгдөхөд осцилляторын давтамж 1.93%-иар өөрчлөгддөг. Эндээс харахад температур ба цахилгаан тэжээлийн хүчдэл ихээхэн ялгаатай байх үед осцилляторын гаралтын давтамж тогтвортой байж, улмаар чипний хэвийн ажиллагааг хангах боломжтой болно.

Зураг 5 Хүчдэл ба температурын давтамжид үзүүлэх нөлөө

Алхам 4: Дүгнэлт

Энэхүү баримт бичигт D ангиллын аудио цахилгаан өсгөгчийн одоогийн хяналттай осцилляторыг зохион бүтээсэн болно. Ихэвчлэн энэ осциллятор нь 250 кГц давтамжтай дөрвөлжин ба гурвалжин долгионы дохиог гаргаж чаддаг. Түүгээр ч барахгүй температур ба тэжээлийн хүчдэл харилцан адилгүй байх үед осцилляторын гаралтын давтамж тогтвортой байж чаддаг. Нэмж дурдахад нэмэлт шилжих транзисторыг нэмж баяжуулалтын хүчдэлийг арилгаж болно. Резистор сүлжээг шүргэх техникийг нэвтрүүлснээр процессын хэлбэлзэл байгаа тохиолдолд гаралтын нарийвчлалыг олж авах боломжтой болно. Одоогийн байдлаар энэхүү осцилляторыг D ангиллын аудио өсгөгчд ашиглаж байна.