如何进行CMOS的全差分音频功率放大器设计

　　本文提出了一款基于CMOS工艺的全差分轨至轨折叠型共源共栅结构AB类音频功率放大器产品的设计，其系统包含有偏置模块、温度保护模块、控制模块及核心功率运算放大器模块。整个系统具有较大的共模信号输入范围，极低的关断电流及较低的静态工作电流，电源抑制比和共模抑制比高，使得系统具有较好的噪声抑制特性。轨至轨的输出级保证了系统具有较大的输出动态范围和较强的负载驱动能力。

　　论文的核心是全差分功率运算放大器的设计。其输入级采用轨至轨（Ra il-to-Rail）PMOS，NMOS互补型输入结构，以使其具有较宽的共模输入范围（CMIR），输入共模电平可以达到 0.5V “（V Dc-O.8） V。 增益部分采用折叠型共源共栅（Folded-Cascode）结构，以获得高的交流增益和输出阻抗。功率放大器的全差分输出级采用对称的轨至轨（Rail-to-Rail） PMOS， NMOS共源AB类（Cl ass-AB）输出结构，并采用典型的浮动电压源AB类输出偏置控制方式，使输出信号范围最大，以增强小负载驱动能力;采用这种输出结构还具有谐波失真小、电源效率高的优点。放大器的共模反馈模块使得系统在不同的输入共模电平条件下输出信号偏置电压均稳定在V献2附近，并建立正常的系统直流工作点。

　　文中还从产品的角度介绍了温度保护模块和控制模块的设计，以使本设计具有一定的产品适用性。温度保护模块是防止由于电流过大而导致的系统温度过高，从而防止实际芯片烧坏。系统工作温度的最高设计值设定在1551C。控制模块是控制系统在上电、掉电、开启、关断，以及过温保护等不同条件和状态下的工作模式，以使得系统除了具有自我保护的能力外，还能正常的开启和关断，并且节省功耗，同时减少开关噪声。

　　系统电路设计采用了低电压的设计方法，电源电压工作范围达到2.5V-5.5V， Spectre仿真显示，5V电源电压情况下，系统的静态工作电流为3.18 5mA，漏电流为529pA;在负载为80 ， T HD+N=《1% 时输出功率达1.38 W：输入共模范围为0.01V-4.86V;系统交流开环增益为89dB，电源抑制比达一90dB，共模抑制比为一65dBa。