Ubunifu wa Njia ya sasa ya Oscillator ya Amplifiers ya Umeme ya Sauti D: 6 Hatua

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:48

Katika miaka ya hivi karibuni, viboreshaji vya nguvu vya sauti vya Hatari D vimekuwa suluhisho linalopendelewa kwa mifumo ya sauti inayoweza kubebeka kama MP3 na simu za rununu kwa sababu ya ufanisi wao mkubwa na matumizi ya nguvu kidogo. Oscillator ni sehemu muhimu ya kipaza sauti cha darasa D. Oscillator ina ushawishi muhimu kwa ubora wa sauti ya kipaza sauti, ufanisi wa chip, kuingiliwa kwa umeme na viashiria vingine. Ili kufikia mwisho huu, karatasi hii inabuni mzunguko wa oscillator unaodhibitiwa kwa sasa wa viboreshaji vya nguvu vya darasa D. Moduli hiyo inategemea hali ya sasa na hushughulikia kazi mbili: moja ni kutoa ishara ya mawimbi ya pembe tatu ambayo ukubwa wake ni sawa na voltage ya usambazaji wa umeme; nyingine ni kutoa ishara ya mawimbi ya mraba ambayo masafa ni karibu huru na voltage ya usambazaji wa umeme, na uwiano wa ushuru wa ishara ya wimbi la mraba ni 50%.

Hatua ya 1: Kanuni ya Njia ya Sasa ya Oscillator

Kanuni ya kufanya kazi ya oscillator ni kudhibiti kuchaji na kutolewa kwa capacitor na chanzo cha sasa kupitia bomba la kubadili MOS ili kutoa ishara ya mawimbi ya pembe tatu. Mchoro wa kuzuia wa oscillator ya hali ya kawaida ya hali ya sasa imeonyeshwa kwenye Mchoro 1.

Ubunifu wa Njia ya sasa ya Oscillator ya Darasa la Sauti Amplifiers za Sauti

Katika FIG. 1, R1, R2, R3, na R4 hutoa kizingiti cha VH, VL na voltage ya kumbukumbu Vref kwa kugawanya voltage ya voltage ya usambazaji wa umeme. Voltage ya rejea hupitishwa kupitia muundo wa LDO wa viboreshaji OPA na MN1 ili kutengeneza rejea ya sasa ya Iref ambayo ni sawa na voltage ya usambazaji. Kwa hivyo kuna:

MP1, MP2, na MP3 katika mfumo huu zinaweza kuunda chanzo cha sasa cha kioo ili kutoa malipo ya IB1 ya sasa. Chanzo cha sasa cha kioo kilicho na MP1, MP2, MN2, na MN3 hutengeneza IB2 ya sasa ya kutokwa. Inachukuliwa kuwa MP1, MP2, na MP3 zina upana sawa na uwiano wa urefu, na MN2 na MN3 zina upana sawa na urefu wa urefu. Halafu kuna:

Wakati oscillator inafanya kazi, wakati wa awamu ya kuchaji t1, CLK = 1, bomba la MP3 linamshtaki capacitor na IB1 ya kila wakati ya sasa. Baada ya hapo, voltage katika hatua A huinuka kwa mstari. Wakati voltage katika hatua A ni kubwa kuliko VH, voltage kwenye pato la cmp1 imegeuzwa kuwa sifuri. Moduli ya kudhibiti mantiki inajumuisha RS flip-flops. Wakati pato la cmp1 ni 0, terminal ya pato CLK imegeuzwa kwa kiwango cha chini, na CLK ni kiwango cha juu. Oscillator inaingia katika awamu ya kutokwa t2, wakati ambapo capacitor C huanza kutekeleza kwa IB2 ya kila wakati ya sasa, na kusababisha voltage katika hatua A kushuka. Wakati voltage inapungua chini ya VL, voltage ya pato ya cmp2 inakuwa sifuri. Flip-flop ya RS, CLK huenda juu, na CLK inashuka chini, ikimaliza kipindi cha malipo na kutokwa. Kwa kuwa IB1 na IB2 ni sawa, nyakati za kuchaji na kutoa za capacitor ni sawa. Mteremko wa kuongezeka kwa wimbi la A-point triangular ni sawa na thamani kamili ya mteremko wa kingo inayoanguka. Kwa hivyo, ishara ya CLK ni ishara ya wimbi la mraba na uwiano wa ushuru wa 50%.

Mzunguko wa pato la oscillator hii ni huru na voltage ya usambazaji, na ukubwa wa wimbi la pembetatu ni sawa na voltage ya usambazaji.

Hatua ya 2: Utekelezaji wa Mzunguko wa Oscillator

Ubunifu wa mzunguko wa oscillator uliobuniwa kwenye karatasi hii umeonyeshwa kwenye Mchoro 2. Mzunguko umegawanywa katika sehemu tatu: mzunguko wa kizingiti cha kuzalisha voltage, kuchaji na kutoa mzunguko unaozalisha sasa na mzunguko wa kudhibiti mantiki.

Ubunifu wa Njia ya sasa ya Oscillator ya Amplifiers ya Umeme ya Sauti ya Sauti Kielelezo 2 mzunguko wa utekelezaji wa oscillator

2.1 Kitengo cha uzalishaji wa voltage ya Kizingiti

Sehemu ya kuzalisha kizingiti inaweza kutekelezwa na MN1 na vizuizi vinne vya kugawanya voltage R1, R2, R3 na R4 kuwa na maadili sawa ya upinzani. Transistor ya MOS MN1 hapa hutumiwa kama transistor inayobadilisha. Wakati hakuna ishara ya sauti inayoingiza, chip huweka terminal ya CTRL chini, VH na VL zote ni 0V, na oscillator inaacha kufanya kazi ili kupunguza matumizi ya nguvu ya chip. Wakati kuna pembejeo ya ishara, CTRL iko chini, VH = 3Vdd / 4, VL = Vdd / 4. Kwa sababu ya operesheni ya juu ya kulinganisha, ikiwa kumweka B na kumweka C zimeunganishwa moja kwa moja na pembejeo ya kulinganisha, kuingiliwa kwa umeme kunaweza kuzalishwa kwa kizingiti cha voliti kupitia uwezo wa vimelea wa transistor ya MOS. Kwa hivyo, mzunguko huu unaunganisha hatua B na kumweka C kwa bafa. Uigaji wa mzunguko unaonyesha kuwa utumiaji wa bafa unaweza kutenganisha uingiliano wa umeme na kutuliza voltage ya kizingiti.

2.2 Uzazi wa malipo na kutokwa kwa sasa

Uwiano wa sasa wa voltage ya usambazaji inaweza kuzalishwa na OPA, MN2, na R5. Kwa kuwa faida ya OPA ni kubwa, tofauti ya voltage kati ya Vref na V5 haifai. Kwa sababu ya athari ya ubadilishaji wa kituo, mikondo ya MP11 na MN10 imeathiriwa na voltage ya kukimbia-chanzo. Kwa hivyo, sasa ya kutolewa kwa malipo ya capacitor hailingani tena na voltage ya usambazaji. Katika muundo huu, kioo cha sasa kinatumia muundo wa kaseti kutuliza voltage ya chanzo-bomba ya MP11 na MN10, na kupunguza unyeti kwa voltage ya usambazaji wa umeme. Kutoka kwa mtazamo wa AC, muundo wa cascode huongeza upinzani wa pato la chanzo cha sasa (safu) na hupunguza kosa katika sasa ya pato. MN3, MN4, na MP5 hutumiwa kutoa voltage ya upendeleo kwa MP12. MP8, MP10, MN6 inaweza kutoa voltage ya upendeleo kwa MN9.

2.3 Sehemu ya Udhibiti wa Mantiki

Pato la CLK na CLK ya flip-flop ni ishara za mawimbi ya mraba na awamu tofauti, ambazo zinaweza kutumiwa kudhibiti ufunguzi na kufungwa kwa MP13, MN11 na MP14, MN12. MP14 na MN11 hufanya kama kubadilisha transistors, ambayo hufanya kazi kama SW1 na SW2 kwenye Mchoro 1. MN12 na MP13 hufanya kama zilizopo za msaidizi, ambao kazi yao kuu ni kupunguza burrs ya malipo na kutekeleza sasa na kuondoa uzushi mkali wa risasi wa mawimbi ya pembetatu.. Jambo la kupigwa risasi kali husababishwa na athari ya sindano ya malipo ya chaneli wakati transistor ya MOS iko katika mpito wa serikali.

Kwa kudhani kuwa MN12 na MP13 zinaondolewa, wakati mabadiliko ya CLK kutoka 0 hadi 1, MP14 imewashwa kwenda nje, na chanzo cha sasa kilicho na MP11 na MP12 hulazimika kuingia katika eneo lenye kina kutoka eneo la kueneza mara moja, na MP11, MP12, MP13 ni Malipo ya kituo hutolewa kwa muda mfupi sana, ambayo husababisha glitch kubwa ya sasa, na kusababisha voltage ya spike katika hatua A. Wakati huo huo, MN11 inaruka kutoka jimbo la mbali kwenda kwenye jimbo, na tabaka za sasa zilizo na MN10 na MN9 huenda kutoka mkoa wa kina wa kina hadi mkoa wa kueneza. Uwezo wa kituo cha zilizopo hizi tatu huchajiwa kwa muda mfupi, ambayo pia husababisha voltage kubwa ya Burr ya sasa na ya spike. Vivyo hivyo, ikiwa bomba msaidizi MN12 imeondolewa, MN11, MN10, na MN9 pia hutengeneza glitch kubwa ya sasa na voltage ya spike wakati CLK imepigwa. Ingawa MP13 na MP14 zina uwiano sawa wa upana-na-urefu, kiwango cha lango ni kinyume, kwa hivyo MP13 na MP14 hubadilishwa. MP13 ina jukumu kuu mbili katika kuondoa voltage ya spike. Kwanza, hakikisha kwamba MP11 na MP12 hufanya kazi katika mkoa wa kueneza wakati wa mzunguko mzima kuhakikisha mwendelezo wa sasa na epuka umeme mkali wa risasi unaosababishwa na kioo cha sasa. Pili, fanya MP13 na MP14 kuunda bomba inayosaidia. Kwa hivyo, wakati wa mabadiliko ya voltage ya CLK, uwezo wa kituo cha bomba moja huchajiwa, na uwezo wa kituo cha bomba lingine hutolewa, na mashtaka mazuri na hasi hufuta kila mmoja, na hivyo kupunguza sasa glitch. Vivyo hivyo, kuanzishwa kwa MN12 kutachukua jukumu sawa.

2.4 Matumizi ya teknolojia ya ukarabati

Vigezo vya makundi tofauti ya zilizopo za MOS zitatofautiana kati ya kaki. Chini ya pembe tofauti za mchakato, unene wa safu ya oksidi ya bomba la MOS pia itakuwa tofauti, na Cox inayofanana pia itabadilika ipasavyo, na kusababisha malipo na kutokwa kwa sasa kuhama, na kusababisha mzunguko wa pato la oscillator kubadilika. Katika muundo wa mzunguko uliounganishwa, teknolojia ya kukata hutumika sana kurekebisha mtandao wa kontena na wa kupinga (au mtandao wa capacitor). Mitandao tofauti ya kontena inaweza kutumika kuongeza au kupunguza upinzani (au uwezo) kubuni mitandao tofauti ya vipinga (au mitandao ya capacitor). Malipo ya malipo na utiririshaji IB1 na IB2 haswa huamua na Iref wa sasa. Na Iref = Vdd / 2R5. Kwa hivyo, muundo huu unachagua kupunguza kontena R5. Mtandao wa kupunguza umeonyeshwa kwenye Mchoro 3. Katika kielelezo, vipinga vyote ni sawa. Katika muundo huu, upinzani wa resistor R5 ni 45kΩ. R5 imeunganishwa kwa safu na vipinga kumi vidogo na upinzani wa 4.5kΩ. Kuunganisha waya kati ya alama mbili A na B kunaweza kuongeza upinzani wa R5 kwa 2.5%, na kuunganisha waya kati ya B na C kunaweza kuongeza upinzani kwa 1.25%, kati ya A, B na B, C. Fuses zote zimepulizwa, ambayo huongeza upinzani kwa 3.75%. Ubaya wa mbinu hii ya kukata ni kwamba inaweza tu kuongeza thamani ya upinzani, lakini sio ndogo.

Kielelezo 3 muundo wa mtandao wa kukarabati upinzani

Hatua ya 3: Uchambuzi wa Matokeo ya Uigaji

Ubunifu huu unaweza kutekelezwa kwenye mchakato wa CSMC wa 0.5μm CMOS na inaweza kuigwa na zana ya Specter.

3.1 Uboreshaji wa wimbi la pembetatu na bomba inayobadilika ya kugeuza

Kielelezo 4 ni mchoro unaoonyesha uboreshaji wa wimbi la pembetatu na bomba la kubadili linalosaidia. Inaweza kuonekana kutoka kwa Mtini. 4 kwamba maumbo ya mawimbi ya MP13 na MN12 katika muundo huu hayana kilele dhahiri wakati mteremko unabadilika, na jambo la kunoa wimbi la mawimbi hupotea baada ya bomba la msaidizi kuongezwa.

Kielelezo 4 Umbo la wimbi lililoboreshwa la bomba la ziada linalobadilika kwenda kwenye wimbi la pembetatu

3.2 Ushawishi wa umeme na joto

Inaweza kuonekana kutoka Kielelezo 5 kwamba mzunguko wa oscillator hubadilika hadi 1.86% wakati voltage ya usambazaji wa umeme inabadilika kutoka 3V hadi 5V. Wakati joto hubadilika kutoka -40 ° C hadi 120 ° C, masafa ya oscillator hubadilika kwa 1.93%. Inaweza kuonekana kuwa wakati joto na usambazaji wa umeme hutofautiana sana, masafa ya pato la oscillator yanaweza kubaki imara, ili operesheni ya kawaida ya chip ihakikishwe.

Kielelezo 5 Athari ya voltage na joto kwenye masafa

Hatua ya 4: Hitimisho

Karatasi hii hutengeneza oscillator inayodhibitiwa ya sasa ya viboreshaji vya nguvu vya sauti vya Darasa la D. Kwa kawaida, oscillator hii inaweza kutoa ishara za mawimbi ya mraba na pembe tatu na masafa ya 250 kHz. Kwa kuongezea, mzunguko wa pato la oscillator unaweza kubaki thabiti wakati joto na usambazaji wa voltage hutofautiana sana. Kwa kuongezea, voltage ya spike pia inaweza kuondolewa kwa kuongeza transistors ya ziada ya kugeuza. Kwa kuanzisha mbinu ya kukata mtandao wa resistor, masafa sahihi ya pato yanaweza kupatikana mbele ya tofauti za mchakato. Hivi sasa, oscillator hii imetumika katika kipaza sauti cha darasa D.