1-비트 4차 델타-시그마 변조기법을 이용한 D급 디지털 오디오 증폭기

Abstract

본 논문에서는 휴대용 오디오 제품의 헤드폰 구동을 위한 델타-시그마 변조기법 기반의 D급 증폭기를 제안한다. 제안된 D급 증폭기는 고성능 단일 비트 4차 델타-시그마 변조기를 이용하여 펄스폭 변조 신호를 발생 시킨다. 높은 신호 대 잡음비를 얻는 것과 동시에 시스템의 안정성 확보를 위하여 시뮬레이션을 통해 변조기 루프필터의 폴과 제로를 최적화 하였다. 테스트칩은 0.18㎛ CMOS 공정으로 제작 되었다. 칩 면적은 1.6㎟ 이며, 20㎐ 부터 20㎑까지의 신호대역을 대상으로 동작한다. 3V 전원전압과 32옴의 로드를 사용하여 측정된 출력은 0.03% 이하의 전고조파 왜율을 갖는다. In this paper, we present the design of delta-sigma modulation-based class-D amplifier for driving headphones in portable audio applications. The presented class-D amplifier generates PWM(pulse width modulation) signals using a single-bit fourth-order high-performance delta-sigma modulator. To achieve a high SNR(signal-to-noise ratio) and ensure system stability, the locations of the modulator loop filter poles and zeros are optimized and thoroughly simulated. The test chip is fabricated using a standard 0.18㎛ CMOS process. The active area of the chip is 1.6㎟. It operates for the signal bandwidth from 20㎐ to 20㎑. The measured THD+N(total harmonic distortion plus noise) at the 32Ω load terminal is less than 0.03% from a 3V power supply.