An integrated novel Filter-Free Class D Audio Power Amplifier suitable for mobile applications is designed with Hynix 0.35um CMOS Process. This Amplifier has 6dB feedback gain and 5 level differential output which enhances the linearity of audible signal. To make 5 level output, the proposed circuit has total 6 switches and 1 external capacitor that adds one more level.
To reduce the number of triangle wave generator, new PWM modulator is designed. For eliminating the necessity of additional circuit to charge external capacitor, new switch control method is proposed. The performance of proposed circuit is evaluated by simulation and its results show that its maximum power driving 8Ω speaker load is 560mW when supply voltage is 3.3V and Maximum Power Efficiency of over 92.5% is achieved at full power.
2000년대에 들어서면서 MP3 Player, PMP, Cellular Phone 등의 휴대용 기기들에 대한 수요가 급격히 늘면서 휴대용 기기의 가장 큰 이슈인 파워효율을 만족시키기 위하여 반도체 오디오 증폭기는 기존의 AB급 선형 증폭기에서 CD급의 스위칭 증폭기로 대체되어 왔다. 또한 더 작은 오디오 증폭기를 설계하기 위하여 외부 소자로 붙이는 필터를 없애는 기법인 무 필터 D급 오디오 증폭기가 최근에는 대세를 이루고 있다. 그러나 기존의 D급 증폭기와 무 필터 D급은 파워효율이 상당히 우세하나 스위칭 특성으로 인하여 음원의 충실도가 낮은 것이 단점이었다.
최근의 추세는 휴대용기기를 통하여 음원 서비스를 받을 때 에도 가능한 고 충실도의 듣기 좋은 서비스를 받으려는 경향이 나타나고 있으며, 이를 만족시키기 위하여 D급 증폭기의 충실도를 높이기 위한 여러 가지 기법이 연구 중이며, 그 중 대표적인 것으로 현재 상용화된 델타 시그마 기법이 있다.
본 연구는 무 필터 D급 증폭기의 파워효율은 기존의 D급 증폭기와 동등하게 유지하면서 소리의 충실도를 높이고 외부소자에 영향을 끼치는 AM Band의 노이즈를 줄이기 위하여 5레벨의 무 필터 D급 증폭기를 새롭게 제안하였다. 5레벨을 적용한 D급 오디오 파워 증폭기는 아직 전세계적으로 구현된 적이 없는 새로운 것이며, 이것을 구현하기 위하여 새로운 몇 가지 아이디어를 새롭게 고안하여 적용하였다. 그 결과로 기존의 무 필터 D급 증폭기에 비하여 효율은 92.5%로 유사하지만, 노이즈 및 충실도가 모두 개선될 수 있는 가능성을 컴퓨터 모사를 통하여 검증하였다.
