電源放大器總諧波失真+噪聲(THD+N)的特性分解

自上市以來，CMOS單電源放大器就讓全球的單電源系統設計人員受益非淺。影響雙電源放大器總諧波失真加噪聲(THD+N)特性的緊要因素是輸入噪聲和輸出級交織失真。單電源放大器的THD+N性能源于放大器的輸入和輸出級。然而，輸入級對THD+N的影響又讓單電源放大器的這種規范本身復雜化。

有兩種單電源放大器拓撲可以接受電源之間的輸入信號。圖1a所示拓撲具有一個互補差動輸入級。在該拓撲中，放大器的輸入位于負軌附近時，pMOS晶體管為開，而NMOS晶體管為關。當放大器的輸入更接近于正電壓軌時，NMOS晶體管為開，而pMOS晶體管為關。

圖1：互補輸入級、單電源放大器：a);帶一個正充電泵的單差動對輸入級：b)。

這種設計拓撲在共模輸入范圍會存在極大的放大器失調電壓差異。在接地電壓附近的輸入范圍，pMOS晶體管的失調誤差為緊要誤差。在正電源附近的區域，NMOS晶體管對主導失調誤差。由于放大器的輸入通過這兩個區域之間，因此兩個對均為開。最終結果是，輸入失調電壓將在兩個級之間變化。當pMOS和NMOS均為開時，共模電壓區域約為400mV。這種交織失真現象會影響放大器的總諧波失真(THD)。倘若您以一種非反相結構來配置互補輸入放大器，則輸入交織失真就會影響放大器的THD+N性能。例如，在圖2中，倘若不出現輸入過渡區域，則THD+N等于0.0006%。倘若THD+N探測包括了放大器的輸入交織失真，則THD+N等于0.004%。您可以利用一種反相結構來戒備出現這類放大器交織失真。

圖2：一個互補輸入級單電源放大器的THD+N性能。

另一個緊要的THD+N影響因素是運算放大器的輸出級。通常，單電源放大器的輸出級有一個AB拓撲(請參見圖1a)。輸出信號做軌至軌掃描時，輸出級顯示出了一種與輸入級交織失真類似的交織失真，因為輸出級在晶體管之間切換。一般而言，更高電平的輸出級靜態電流可以降低放大器的THD。

放大器的輸入噪聲是影響THD+N規范的另一個因素。高級別的輸入噪聲和/或高閉環增益都會新增放大器的總THD+N水平。

要想優化互補輸入單電源放大器的THD+N性能，可將放大器置于一個反相增益結構中，并保持低閉環增益。倘若系統要求放大器配置為非反相緩沖器，則選擇一個具有單差動輸入級和充電泵的放大器更為適宜。

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