随着人们对节能型、微小型电子产品的要求,低失真、高效率的功率放大器的设计成为当前研究的热点。传统的线性放大器虽然失真很小,但是效率不高,而且需要大面积的散热片。采用CMOS工艺的D类音频功放具有集成度高、功耗小、占用面积小等特点,在PDA、手机、MP3播放器等便携式电子设备中得到了广泛的应用。本文首先介绍了音频放大器的发展现状、分类和工作原理,以及音频放大器的一些重要参数,然后对D类音频放大器进行了系统分析,包括D类的反馈环路稳定性建模、桥式功率驱动电路的结构、输出滤波器的分析和效率的计算。再就系统中各模块的电路设计做了详细的介绍和分析,并给出了仿真的结果。接着对版图的优化处理上作了详细的说明,对ESD的设计以及snapback原理做了介绍,最后列出了芯片MPW后的测试结果。设计中的D类功放工作电压的范围从2.5V～5.5V,最大输出功率达到2.7W,具有外围元件少、无需输出滤波器的特点,更好地节省了PCB板空间。主体电路由运放输入级、三角波产生电路、PWM调制模块、功率驱动模块、功率输出级、过温过流保护模块构成。设计时重点考虑了输出功率、总谐波失真和死区时间。在版图的布局上,运放的差分对采用共质心匹配的方法以降低输入失调;将敏感信号与数字模块之间用地线隔离;将左右声道完全分开,降低了声道之间的串扰。测试后的芯片效率为90%,在5V电源电压下的静态电流小于5mA,关断电流0.1μA,电源抑制比77dB,THD小于0.15%,完全达到了设计的目标。目前所设计的芯片在中芯国际(SMIC) 0.35μm N阱CMOS工艺下流片成功并成功量产。