1、中南大学本科生毕业论文（设计）调研报告题 目基于带 AGC 功能的 D 类功放的研究与分析学生姓名 杨雪洁指导教师 宋学瑞学 院 信息科学与工程学院专业班级 通信 0603完成时间 201003教务处制I 目 录摘 要 .II一、前 言 1二、AGC 的介绍与工作原理 22.1 AGC 的介绍 22.1.1 AGC 定 义 .22.1.2 控 制 方 法 .22.1.3 AGC 的 工 作 原 理 22.1.4 AGC 的 性 能 指 标 32.2 AGC 电路的分类 32.3 D 类放大器的发展趋势 3三、D 类功放的发展和特点 63.1 D 类功放的发展 63.2 D 类功率放大器的工作原
2、理 73.2.1 D 类 放 大 器 的 工 作 原 理 .73.2.2 D 类 功 率 放 大 器 的 工 作 原 理 8四、系统设计思路 114.1 设计思路 .114.1.1 YDA145 典 型 电 路 功 能 以 及 在 系 统 中 的 一 般 应 用 位 置 概 要 说 明 114.1.2 典 型 电 路 具 体 需 求 114.1.3 接 口 需 求 .124.2 电路详细设计 .134.2.1 设 计 概 述 .134.2.2 功 能 框 图 .134.2.3 YDA145 D 类 放 大 器 的 工 作 原 理 13结 论 17参考文献 18II 摘 要随着社会生产力的发展，
3、出色的音频功能已是手机的重要特征，尤其是在多媒体手机中，高质量的音频技术不可或缺。在音乐手机这类多媒体手机中，D 类音频放大器是最合适的方案，它具有效率高、发热少、功耗低，电池使用寿命长等优点。而线性 AB 类放大器则拥有低成本优势。但是不论是 D 类功放，还是 AB 类功放都需要贴近手机的实际应用。在实际应用中出现了很多需要解决的问题，而只有解决了这些问题才能使 D 类功放真正得以大量推广。AGC 电路已广泛应用于各种接收机、录音机和信号采集系统中，另外在光纤通信微波通信、卫星通信等通信系统以及雷达、广播电视系统中也得到了广泛的应用。本课题主要研究带 AGC 的 D 类功放。基于 YDA14
4、5 的喇叭驱动电路，采用PWM 调制技术，提高了功放的效率。并通过内部的防破音控制电路自动调节输出幅度，防止喇叭破音。同时带有过流保护功能。关键字：YDA145，D 类功放，AGC，PWM1 一、前 言随着微电子技术、计算机网络技术和通信技术等行业的迅速发展，AGC 电路越来越被人们熟知并且广泛的应用到各个领域当中。AGC 电路，即自动增益控制店、电路，A 是 AUTO（自动）， G 是 GAIN（增益）， C 是 CONTROL（控制） 1。它是输出限幅装置的一种，是利用线性放大和压缩放大的有效组合对输出信号进行调整。当输入信号较弱时，线性放大电路工作，保证输出声信号的强度；当输入信号强度达
5、到一定程度时，启动压缩放大线路，使声输出幅度降低，满足了对输入信号进行衰减的需要。也就是说，AGC 功能可以通过改变输入输出压缩比例自动控制增益的幅度，扩大了接收机的接收范围，它能够在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化，不至于因为输入信号太小而无法正常工作，也不至于因为输入信号太大而使接收机发生饱和或堵塞。在电路设计中，这种线路被大量的运用，从尖端的雷达技术到日常的广播电视系统，AGC 无疑很好的解决了各种技术中存在的信号强度问题 23。2 二、AGC 的介绍与工作原理2.1 AGC 的介绍2.1.1 AGC 定 义AGC 即自动增益控制（Automati
6、c Gain Control）。使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法 4。实现这种功能的电路简称 AGC 环。AGC 环是闭环电子电路，它可以分成增益受控放大电路和控制电压形成电路两部分 5。增益受控放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压而改变。2.1.2 控 制 方 法控制电压形成电路的基本部件是 AGC 检波器和低通平滑滤波器，有时也包含门电路和直流放大器等部件。放大电路的输出信号 uo 经检波并经滤波器滤除低频调制分量和噪声后，产生用以控制增益受控放大器的电压 uc 。当输入信号 ui 增大时，当输入信号 ui 增大时，uo 和 uc 亦随之增大。uc 增大使放大电路
7、的增益下降，从而使输出信号的变化量显著小于输入信号的变化量，达到自动增益控制的目的。放大电路增益的控制方法有：改变晶体管的直流工作状态，以改变晶体管的电流放大系数 。 在放大器各级间插入电控衰减器。用电控可变电阻作放大器负载等。AGC 电路广泛用于各种接收机 、 录音机和测量仪器中，它常被用来使系统的输出电平保持在一定范围内 ，因 而也称自动电平控制 ； 用于话音放大器或收音机时，称为自动音量控制。2.1.3 AGC 的 工 作 原 理自动增益控制电路组成框图如下所示1）可控增益放大器用于放大输入信号 ui，其增益大小取决于控制电压 Uc；2）振幅检波器、直流放大器和比较器共同构成反馈控制器可
8、控增益放大器的输出交变信号振幅检波器变成直流信号经直流放大器放大输出在比较器中与参考电平 UR 比较产生直流控制电压 Uc用于控制可控增益放大器的增益。工作原理当输入 ui 幅度增加而使 uo 幅度增加时 通过反馈控制器产生的控制电压 Uc就会使 Au 减小；反之亦然。3 这样通过环路的反馈控制作用，可使输入信号 ui 幅度增加或减小时，输出信号uo 幅度基本保持恒定或在很小的范围内变化，从而实现自动增益控制的目的。可控增益放大器A U比较器 直流放大器 振幅检波器U IU RU CU O反馈控制器图 2.1 AGC 电路组成框图2.1.4 AGC 的 性 能 指 标1、动态范围AGC 电路是
9、利用电压误差信号去消除输出信号振幅与要求输出信号振幅之间电压误差的自动控制电路；2、响应时间AGC 电路时通过对可控增益放大器增益的控制来实现对输出信号振幅变化的限制，而增益变化又取决于输入信号振幅的变化，所以要求 AGC 电路的反应既要能跟得上输入信号振幅的变化速度，又不会出现反调制现象，这就是响应时间特性。2.2 AGC 电路的分类AGC 电路就其工作特性来说可分为简单 AGC 和延迟 AGC 两大类。简单 AGC 电路是只要接收机有外来信号输入,中频放大器有信号输出,AGC 电路就立刻工作,产生误差控制电压 Ue 控制可控增益放大器.即相当于比较电压 UR=0 情况.AGC 电路主要有以
10、下几种类型1简单 AGC 电路在简单 AGC 电路里,参考电平 Ur0。这样,只要输入信号振幅 Ui 增加=84% VDD=3.6V, RL=8R, PO=0.6W信噪比 =94dB VDD=3.6V, RL=8R, Av=12dB过流保护 有温度保护 有4.1.3 接 口 需 求图 4.2 接口需求图接口描述见下表表 4.2 接口描述表接口 描述 备注IN+IN- 信号输入 VSS-0.3UVDD+0.6VCTRL1CTRL2控制口CTRL1=1,CTRL2=1NONCLIP1CTRL1=1,CTRL2=0NONCLIP2CTRL1=0,CTRL2=1NONCLIPOFFCTRL1=0,CT
11、RL2=0POWERDOWNVBAT 电源 2.7VU5.25VGND 地OUT+ 信号输出13 OUT-4.2 电路详细设计4.2.1 设 计 概 述该典型电路为 YAMAHA 带 NON-CLIP 功能的 D 类音频功放，引入该功放的主要原因是这个功放带有 NON-CLIP,能减小失真，提升音质，同时 D 类功放的效率较高，会延长手机播放 MP3 的时间。4.2.2 功 能 框 图图 4.3 功能框图4.2.3 YDA145 D 类 放 大 器 的 工 作 原 理如下图所示，喇叭上的波形是 PWM 调制信号，不同的占空比对应着不同的音乐信号幅度。由于喇叭由线圈绕成，电感很大，对于载波来说是
12、一个高阻抗，不会消耗电流，而对于调制在载波上的音频信号来说，喇叭则相当于一个 8 欧姆电阻。加上人耳对于声音的滤波作用，超过人耳听到范围的声音都被滤除掉了。从下图可以看出，YDA145 输出脚 OUT+上调制的是信号正半周的波形，而输出脚 OUT-上调制的是信14 号副半周的波形，而且是反相的。当加在喇叭两端时，由于 OUT+与 OUT-相减，便还原出音乐信号整个完整的波形。测试喇叭两端音频信号时，如果直接测试，只能看到杂乱的方波，必须通过一个低通滤波器将音频信号滤出来后才能测试到。图 4.4 音频输入与喇叭上的波形为实现音乐信号的 PWM 调制，须经过以下步骤：1）将音乐信号不同的幅度转变为
13、不同占空比的调制波形。当音乐信号与载波频率相同的三角波进行比较时便能得到所需的波形，如下图：图 4.5 音频输入与喇叭上的波形2）将调制好音乐信号的波形通过功率放大器驱动喇叭。如下图：门控电路控制四个 MOS 管的开关，当音乐信号正半周时， OUT-是一直打开到地的，通过控制15 OUT+的开关产生方波驱动喇叭，电流如红色线标记。当音乐信号负半周时，OUT+是一直打开到地，通过控制 OUT-的开关产生方波驱动喇叭，电流如蓝色线标记。此时喇叭上的电流与之前是相反的。图 4.6 将调制好音乐信号的波形通过功率放大器驱动喇叭示意图从前级（BB 或者 CODEC）过来的模拟音频信号，通过电容和电阻组成
14、的低通滤波器以后进入 YDA145,先经过一个音频的预放大，这个放大倍数由所串的电阻决定，最大的放大倍数为 8dB，而后与内部产生的高频三角波一起送进比较器进行PWM 调制，输出 PWM 调制波，然后再对此信号进行放大，不过这个放大不是固定的，会根据输入信号，以及供电动态的调节，其调节范围是 10dB，后面就是桥式输出。不过其在输出这里又加一点保护，等效电路见下图：当功放处于正常工作状态时，下面的开关是断开的，当处于 POWER-DOWN 模式时，下面的开关是闭合的，下面的 600R 电阻是等效的电阻，而不是一个真正的电阻。16 图 4.7 保护电路等效电路示意图测试输出音乐信号时，需接一个低
15、通滤波器，一般选择 100 欧姆电阻和 473 电容串联。测试中间两点的波形。截止频率为 F=1/（2*3.14*100*47NF）=33.9KHZ ，电路如图：图 4.8 测试电路示意图17 结 论本次调研主要内容是结合毕业设计选题进行资料的检索和查询，了解国内外相关的先进技术及发展趋势，了解与课题相关的软硬件知识和所有相关技术。 通过分析，了解了 D 类调制器技术的最新发展，允许 D 类放大器在线性放大器一度占主导地位的应用领域盛行起来。现代 D 类放大器除具有 AB 类放大器的所有优点(即良好的线性和最小的电路板空间)外，更具有高效优势。当前，有多种 D 类放大器可供选用，以满足各类应用
16、需求。这些应用包括低功耗便携式应用(如蜂窝电话和笔记本电脑) ，电池寿命、电路板空间和 EMI 兼容性要求在这类应用中至关重要；还包括大功率应用(如车载音响系统或平板显示器)，最大限度降低散热需求和发热量在这类应用中必不可少。对 D 类放大器及其最新的技术发展有一个基本理解，将有助于设计者为具体应用选择合适的放大器，并正确权衡某些功能特性的优势和劣势。通过半个月的学习总结和资料收集，为接下来的设计做了铺垫，相信我的毕业设计能够顺利完成。18 参考文献1 稻叶 保. 模拟技术应用技巧 101 例M（第一版）. 科学出版社，2006.1：2152172 何希才， 邹炳强.通用电子电路应用 400
17、例M.电子工业出版社， 2006.5：1901913 谢自美.电 子线路设计实验 测试M（第二版），2000.5：1101254 张朝贵. 利用输出功率概率分布进行 3G 手机功率放大器的设计可延长通话时间J. 中国集成电路, 2006.(10) 5 陈裕权. 功放制造商盯住采用新功放组件的 3G 电话J. 半导体信息, 2006.(01) 6 贺繇. 浅 谈 D 类功放J. 宜宾学院学报, 2002.(03) 7 庄磊. 数字功放中的低通滤波器J. 电声技术, 2004.(12)8 钱志远. 数字功放原理和实际应用电路(二) 单电源 2W2 单片数字功放TPA2000D2J. 实用影音技术, 2005.(06)9 龙泉. 功放的绿色革命数字功放的派 别与发展现状J. 实用影音技术, 2007.(04)
