ক্লাস ডি অডিও পাওয়ার এম্প্লিফায়ারগুলির জন্য বর্তমান মোড ভিত্তিক অসিলেটরের ডিজাইন: 6 টি ধাপ

2024 লেখক: John Day | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2024-01-30 07:56

সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, ক্লাস ডি অডিও পাওয়ার এম্প্লিফায়ারগুলি উচ্চ দক্ষতা এবং কম বিদ্যুত ব্যবহারের কারণে পোর্টেবল অডিও সিস্টেম যেমন এমপিথ্রি এবং মোবাইল ফোনের জন্য পছন্দের সমাধান হয়ে উঠেছে। দোলকটি ক্লাস ডি অডিও পরিবর্ধকের একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ। দোলকের এম্প্লিফায়ারের সাউন্ড কোয়ালিটি, চিপ দক্ষতা, ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক হস্তক্ষেপ এবং অন্যান্য সূচকের উপর গুরুত্বপূর্ণ প্রভাব রয়েছে। এই লক্ষ্যে, এই কাগজটি ক্লাস ডি পাওয়ার এম্প্লিফায়ারগুলির জন্য একটি বর্তমান নিয়ন্ত্রিত অসিলেটর সার্কিট ডিজাইন করে। মডিউলটি বর্তমান মোডের উপর ভিত্তি করে এবং প্রধানত দুটি ফাংশন প্রয়োগ করে: একটি হলো একটি ত্রিভুজাকার তরঙ্গ সংকেত প্রদান করা যার প্রশস্ততা পাওয়ার সাপ্লাই ভোল্টেজের সমানুপাতিক; অন্যটি একটি বর্গাকার তরঙ্গ সংকেত প্রদান করা যার ফ্রিকোয়েন্সি বিদ্যুৎ সরবরাহের ভোল্টেজ থেকে প্রায় স্বাধীন এবং বর্গ তরঙ্গ সংকেতের কর্তব্যের অনুপাত 50%।

ধাপ 1: বর্তমান মোড অসিলেটর নীতি

ত্রিভুজাকার তরঙ্গ সংকেত উৎপন্ন করার জন্য এমওএস সুইচ টিউবের মাধ্যমে বর্তমান উৎস দ্বারা ক্যাপাসিটরের চার্জিং এবং ডিসচার্জিং নিয়ন্ত্রণ করা অসিলেটরের কাজের নীতি। একটি প্রচলিত বর্তমান মোড ভিত্তিক অসিলেটরের একটি ব্লক চিত্র চিত্র 1 এ দেখানো হয়েছে।

ক্লাস ডি অডিও পাওয়ার এম্প্লিফায়ারের জন্য বর্তমান মোড ভিত্তিক অসিলেটরের ডিজাইন

এফআইজি তে। 1, R1, R2, R3, এবং R4 একটি পাওয়ার সাপ্লাই ভোল্টেজের ভোল্টেজ ভাগ করে VH, VL এবং একটি রেফারেন্স ভোল্টেজ Vref উৎপন্ন করে। রেফারেন্স ভোল্টেজটি এমপ্লিফায়ার ওপিএ এবং এমএন 1 এর একটি এলডিও কাঠামোর মধ্য দিয়ে প্রেরণ করা হয় যাতে সরবরাহ ভোল্টেজের সমানুপাতিক রেফারেন্স কারেন্ট আইরেফ তৈরি হয়। তাই আছে:

এই সিস্টেমে এমপি 1, এমপি 2 এবং এমপি 3 চার্জিং কারেন্ট আইবি 1 তৈরি করতে একটি আয়না কারেন্ট উৎস তৈরি করতে পারে। MP1, MP2, MN2, এবং MN3 এর সমন্বয়ে গঠিত মিরর কারেন্ট সোর্স একটি স্রাব কারেন্ট IB2 তৈরি করে। এটা অনুমান করা হয় যে MP1, MP2, এবং MP3 এর দৈর্ঘ্য অনুপাতের সমান প্রস্থ এবং MN2 এবং MN3 এর দৈর্ঘ্য অনুপাতের সমান প্রস্থ রয়েছে। তারপর আছে:

যখন অসিলেটর কাজ করছে, চার্জিং ফেজ টি 1, সিএলকে = 1 এর সময়, এমপি 3 টিউব ক্যাপাসিটরকে ধ্রুব কারেন্ট আইবি 1 দিয়ে চার্জ করে। এর পরে, A বিন্দুতে ভোল্টেজ রৈখিকভাবে বৃদ্ধি পায়। যখন A বিন্দুতে ভোল্টেজ VH এর চেয়ে বড় হয়, cmp1 এর আউটপুটে ভোল্টেজ শূন্যে পরিণত হয়। লজিক কন্ট্রোল মডিউলটি মূলত আরএস ফ্লিপ-ফ্লপ দিয়ে গঠিত। যখন cmp1 এর আউটপুট 0 হয়, আউটপুট টার্মিনাল CLK একটি নিম্ন স্তরে বিপরীত হয়, এবং CLK একটি উচ্চ স্তরের হয়। অসিলেটর স্রাব ফেজ টি 2 তে প্রবেশ করে, যে সময়ে ক্যাপাসিটর সি একটি ধ্রুব বর্তমান আইবি 2 এ স্রাব শুরু করে, যার ফলে পয়েন্ট এ ভোল্টেজ ড্রপ হয়। যখন ভোল্টেজ VL এর নিচে নেমে যায়, cmp2 এর আউটপুট ভোল্টেজ শূন্য হয়ে যায়। আরএস ফ্লিপ-ফ্লপ ফ্লিপ, সিএলকে উচ্চ হয়, এবং সিএলকে কম যায়, চার্জ এবং স্রাবের সময়কাল সম্পূর্ণ করে। যেহেতু IB1 এবং IB2 সমান, তাই ক্যাপাসিটরের চার্জিং এবং ডিসচার্জিং সময় সমান। এ-পয়েন্ট ত্রিভুজাকার তরঙ্গের ক্রমবর্ধমান প্রান্তের opeাল পতনশীল প্রান্তের opeালের পরম মানের সমান। অতএব, CLK সিগন্যাল হল একটি বর্গ তরঙ্গ সংকেত যার ডিউটি অনুপাত 50%।

এই অসিলেটরের আউটপুট ফ্রিকোয়েন্সি সরবরাহ ভোল্টেজ থেকে স্বাধীন, এবং ত্রিভুজাকার তরঙ্গের প্রশস্ততা সরবরাহ ভোল্টেজের সমানুপাতিক।

ধাপ 2: অসিলেটর সার্কিট বাস্তবায়ন

এই কাগজে ডিজাইন করা অসিলেটর সার্কিট ডিজাইন চিত্র 2 এ দেখানো হয়েছে। সার্কিটটি তিনটি ভাগে বিভক্ত: একটি থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ জেনারেটিং সার্কিট, একটি চার্জিং এবং ডিসচার্জিং কারেন্ট জেনারেটিং সার্কিট এবং একটি লজিক কন্ট্রোল সার্কিট।

ক্লাস ডি অডিও পাওয়ার এম্প্লিফায়ারগুলির জন্য বর্তমান মোড ভিত্তিক অসিলেটরের নকশা চিত্র 2 অসিলেটর বাস্তবায়ন সার্কিট

2.1 থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ জেনারেশন ইউনিট

থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ উৎপন্ন অংশ MN1 এবং চার ভোল্টেজ বিভাজক প্রতিরোধক R1, R2, R3 এবং R4 দ্বারা সমান প্রতিরোধের মান নিয়ে গঠিত হতে পারে। এমওএস ট্রানজিস্টর এমএন 1 এখানে একটি সুইচিং ট্রানজিস্টর হিসাবে ব্যবহৃত হয়। যখন কোন অডিও সিগন্যাল ইনপুট হয় না, তখন চিপটি CTRL টার্মিনাল লো সেট করে, VH এবং VL উভয়ই 0V হয় এবং চিপের স্ট্যাটিক পাওয়ার খরচ কমানোর জন্য অসিলেটর কাজ করা বন্ধ করে দেয়। যখন সিগন্যাল ইনপুট থাকে, CTRL কম থাকে, VH = 3Vdd/4, VL = Vdd/4। তুলনাকারীর উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি ক্রিয়াকলাপের কারণে, যদি পয়েন্ট বি এবং পয়েন্ট সি সরাসরি তুলনাকারী ইনপুটের সাথে সংযুক্ত থাকে তবে এমওএস ট্রানজিস্টরের পরজীবী ক্যাপাসিট্যান্সের মাধ্যমে থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক হস্তক্ষেপ তৈরি হতে পারে। অতএব, এই সার্কিটটি পয়েন্ট বি এবং পয়েন্ট সি কে বাফারের সাথে সংযুক্ত করে। সার্কিট সিমুলেশন দেখায় যে বাফারের ব্যবহার কার্যকরভাবে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক হস্তক্ষেপকে বিচ্ছিন্ন করতে পারে এবং থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজকে স্থিতিশীল করতে পারে।

2.2 চার্জ এবং স্রাব বর্তমান প্রজন্ম

সরবরাহের ভোল্টেজের সমানুপাতিক ওপিএ, এমএন 2 এবং আর 5 দ্বারা উত্পাদিত হতে পারে। যেহেতু OPA এর লাভ বেশি, Vref এবং V5 এর মধ্যে ভোল্টেজের পার্থক্য নগণ্য। চ্যানেল মড্যুলেশন প্রভাবের কারণে, এমপি 11 এবং এমএন 10 এর স্রোতগুলি সোর্স-ড্রেন ভোল্টেজ দ্বারা প্রভাবিত হয়। অতএব, ক্যাপাসিটরের চার্জ-ডিসচার্জ কারেন্ট আর সাপ্লাই ভোল্টেজের সাথে লিনিয়ার নয়। এই নকশায়, বর্তমান আয়না ক্যাসকোড কাঠামো ব্যবহার করে এমপি 11 এবং এমএন 10 এর উত্স-ড্রেন ভোল্টেজকে স্থিতিশীল করতে এবং বিদ্যুৎ সরবরাহের ভোল্টেজের সংবেদনশীলতা হ্রাস করতে। এসি দৃষ্টিকোণ থেকে, ক্যাসকোড কাঠামো বর্তমান উত্স (স্তর) এর আউটপুট প্রতিরোধের বৃদ্ধি করে এবং আউটপুট বর্তমানের ত্রুটি হ্রাস করে। MN3, MN4, এবং MP5 MP12 এর জন্য একটি পক্ষপাত ভোল্টেজ প্রদান করতে ব্যবহৃত হয়। MP8, MP10, MN6 MN9 এর জন্য বায়াস ভোল্টেজ প্রদান করতে পারে।

2.3 লজিক কন্ট্রোল বিভাগ

ফ্লিপ-ফ্লপের আউটপুট CLK এবং CLK হল বিপরীত পর্যায় সহ বর্গ তরঙ্গ সংকেত, যা MP13, MN11 এবং MP14, MN12 এর খোলা এবং বন্ধ করার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে। MP14 এবং MN11 সুইচিং ট্রানজিস্টর হিসেবে কাজ করে, যা চিত্র 1 এ SW1 এবং SW2 হিসেবে কাজ করে। MN12 এবং MP13 অক্জিলিয়ারী টিউব হিসেবে কাজ করে, যার প্রধান কাজ হল চার্জ এবং স্রাবের স্রোত হ্রাস করা এবং ত্রিভুজাকার তরঙ্গের তীক্ষ্ণ শুটিং প্রপঞ্চকে দূর করা। । এমওএস ট্রানজিস্টর যখন রাষ্ট্রীয় অবস্থানে থাকে তখন ধারালো-শ্যুট ঘটনাটি মূলত চ্যানেল চার্জ ইনজেকশন প্রভাবের কারণে ঘটে।

ধরে নিচ্ছি যে MN12 এবং MP13 সরানো হয়েছে, যখন CLK 0 থেকে 1 এ পরিবর্তিত হয়, MP14 বন্ধ অবস্থায় চালু হয়, এবং MP11 এবং MP12 গঠিত বর্তমান উত্সটি তাত্ক্ষণিকভাবে স্যাচুরেশন অঞ্চল থেকে গভীর রৈখিক অঞ্চলে প্রবেশ করতে বাধ্য হয় এবং MP11, MP12, MP13 হল চ্যানেলের চার্জ খুব অল্প সময়ের মধ্যে বের করা হয়, যা একটি বড় ত্রুটিযুক্ত কারেন্ট সৃষ্টি করে, যার ফলে A পয়েন্টে স্পাইক ভোল্টেজ হয়। MN10 এবং MN9 দিয়ে গঠিত বর্তমান স্তরগুলি গভীর রৈখিক অঞ্চল থেকে স্যাচুরেশন অঞ্চলে যায়। এই তিনটি টিউবের চ্যানেল ক্যাপাসিট্যান্স অল্প সময়ে চার্জ করা হয়, যা একটি বড় Burr কারেন্ট এবং স্পাইক ভোল্টেজের কারণও হয়। একইভাবে, যদি অক্জিলিয়ারী পাইপ MN12 সরানো হয়, MN11, MN10, এবং MN9 এছাড়াও একটি বড় ত্রুটিযুক্ত কারেন্ট এবং একটি স্পাইক ভোল্টেজ তৈরি করে যখন CLK হপ হয়। যদিও MP13 এবং MP14 এর প্রস্থ-থেকে-দৈর্ঘ্যের অনুপাত একই, গেটের স্তর বিপরীত, তাই MP13 এবং MP14 পর্যায়ক্রমে চালু করা হয়। MP13 স্পাইক ভোল্টেজ দূর করতে দুটি প্রধান ভূমিকা পালন করে। প্রথমে, নিশ্চিত করুন যে এমপি 11 এবং এমপি 12 পুরো চক্রের সময় স্যাচুরেশন অঞ্চলে কাজ করে যাতে বর্তমানের ধারাবাহিকতা নিশ্চিত হয় এবং বর্তমান আয়না দ্বারা সৃষ্ট ধারালো শুটিং ভোল্টেজ এড়ানো যায়। দ্বিতীয়ত, MP13 এবং MP14 একটি পরিপূরক টিউব তৈরি করুন। এইভাবে, CLK ভোল্টেজ পরিবর্তনের মুহূর্তে, একটি টিউবের চ্যানেলের ক্যাপাসিট্যান্স চার্জ করা হয়, এবং অন্য টিউবের চ্যানেল ক্যাপ্যাসিট্যান্স নিharসরণ করা হয়, এবং ইতিবাচক এবং নেতিবাচক চার্জ একে অপরকে বাতিল করে, যার ফলে ব্যাপকভাবে ত্রুটি হ্রাস পায়। একইভাবে, MN12 প্রবর্তন একই ভূমিকা পালন করবে।

2.4 মেরামত প্রযুক্তির প্রয়োগ

এমওএস টিউবগুলির বিভিন্ন ব্যাচের পরামিতিগুলি ওয়েফারের মধ্যে পরিবর্তিত হবে। বিভিন্ন প্রক্রিয়ার কোণের অধীনে, এমওএস টিউবের অক্সাইড স্তরের পুরুত্বও ভিন্ন হবে, এবং সংশ্লিষ্ট কক্সও সেই অনুযায়ী পরিবর্তিত হবে, যার ফলে চার্জ এবং স্রাবের বর্তমান স্থানান্তরিত হবে, যার ফলে অসিলেটরের আউটপুট ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তিত হবে। ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট ডিজাইনে, ট্রিমিং প্রযুক্তি প্রধানত প্রতিরোধক এবং প্রতিরোধক নেটওয়ার্ক (বা ক্যাপাসিটর নেটওয়ার্ক) পরিবর্তন করতে ব্যবহৃত হয়। বিভিন্ন প্রতিরোধক নেটওয়ার্ক (বা ক্যাপাসিটর নেটওয়ার্ক) ডিজাইন করতে প্রতিরোধের (বা ক্যাপাসিট্যান্স) বৃদ্ধি বা হ্রাস করতে বিভিন্ন প্রতিরোধক নেটওয়ার্ক ব্যবহার করা যেতে পারে। চার্জ এবং স্রাব স্রোত IB1 এবং IB2 প্রধানত বর্তমান আইরেফ দ্বারা নির্ধারিত হয়। এবং Iref = Vdd/2R5। অতএব, এই নকশাটি প্রতিরোধক R5 ছাঁটা বেছে নেয়। ট্রিমিং নেটওয়ার্ক চিত্র 3. -এ দেখানো হয়েছে চিত্রে, সমস্ত প্রতিরোধক সমান। এই নকশায়, প্রতিরোধক R5 এর প্রতিরোধ 45kΩ। R5 সিরিজের মধ্যে দশটি ছোট প্রতিরোধক দ্বারা 4.5kΩ এর প্রতিরোধের সাথে সংযুক্ত। দুটি পয়েন্ট A এবং B এর মধ্যে তারের ফিউজিং R5 এর প্রতিরোধ ক্ষমতা 2.5%বৃদ্ধি করতে পারে, এবং B এবং C এর মধ্যে তারের ফিউজিং 1.25%বৃদ্ধি করতে পারে, A, B এবং B, C এর মধ্যে।, যা 3.75%দ্বারা প্রতিরোধ বৃদ্ধি করে। এই ছাঁটাই কৌশলটির অসুবিধা হল যে এটি শুধুমাত্র প্রতিরোধের মান বৃদ্ধি করতে পারে, কিন্তু ছোটটি নয়।

চিত্র 3 প্রতিরোধের মেরামতের নেটওয়ার্ক কাঠামো

ধাপ 3: সিমুলেশন ফলাফল বিশ্লেষণ

এই নকশাটি CSMC এর 0.5μm CMOS প্রক্রিয়ায় প্রয়োগ করা যেতে পারে এবং স্পেকটার টুলের সাহায্যে নকল করা যায়।

3.1 পরিপূরক সুইচিং টিউব দ্বারা ত্রিভুজাকার তরঙ্গের উন্নতি

চিত্র 4 একটি পরিকল্পিত চিত্র যা পরিপূরক সুইচ নল দ্বারা ত্রিভুজাকার তরঙ্গের উন্নতি দেখায়। চিত্র 4 থেকে দেখা যায় যে designাল পরিবর্তনের সময় এই নকশায় MP13 এবং MN12- এর তরঙ্গাকৃতি সুস্পষ্ট নয়

চিত্র 4 ত্রিভুজাকার তরঙ্গে পরিপূরক সুইচিং টিউবের উন্নত তরঙ্গরূপ

3.2 বিদ্যুৎ সরবরাহের ভোল্টেজ এবং তাপমাত্রার প্রভাব

চিত্র 5 থেকে দেখা যায় যে বিদ্যুৎ সরবরাহের ভোল্টেজ 3V থেকে 5V এ পরিবর্তিত হলে অসিলেটরের ফ্রিকোয়েন্সি 1.86% পরিবর্তিত হয়। যখন তাপমাত্রা -40 ডিগ্রি সেলসিয়াস থেকে 120 ডিগ্রি সেলসিয়াসে পরিবর্তিত হয়, তখন দোলক ফ্রিকোয়েন্সি 1.93%পরিবর্তিত হয়। এটি দেখা যায় যে যখন তাপমাত্রা এবং বিদ্যুৎ সরবরাহের ভোল্টেজ ব্যাপকভাবে পরিবর্তিত হয়, তখন অসিলেটরের আউটপুট ফ্রিকোয়েন্সি স্থিতিশীল থাকতে পারে, যাতে চিপের স্বাভাবিক ক্রিয়াকলাপ নিশ্চিত করা যায়।

চিত্র 5 ফ্রিকোয়েন্সি ভোল্টেজ এবং তাপমাত্রার প্রভাব

ধাপ 4: উপসংহার

এই কাগজটি ক্লাস ডি অডিও পাওয়ার এম্প্লিফায়ারগুলির জন্য একটি বর্তমান নিয়ন্ত্রিত অসিলেটর ডিজাইন করে। সাধারণত, এই দোলকটি 250 kHz ফ্রিকোয়েন্সি সহ বর্গ এবং ত্রিভুজাকার তরঙ্গ সংকেত বের করতে পারে। তাছাড়া, তাপমাত্রা এবং সরবরাহের ভোল্টেজ ব্যাপকভাবে পরিবর্তিত হলে অসিলেটরের আউটপুট ফ্রিকোয়েন্সি স্থিতিশীল থাকতে পারে। এছাড়াও, পরিপূরক সুইচিং ট্রানজিস্টর যোগ করে স্পাইক ভোল্টেজও সরানো যায়। একটি রোধকারী নেটওয়ার্ক ছাঁটাই কৌশল প্রবর্তন করে, প্রক্রিয়ার বৈচিত্র্যের উপস্থিতিতে একটি সঠিক আউটপুট ফ্রিকোয়েন্সি পাওয়া যায়। বর্তমানে, এই দোলকটি একটি ক্লাস ডি অডিও পরিবর্ধক ব্যবহার করা হয়েছে।