D类音频功率扩大器中，前置运算扩大器是一个比较重要的模块，它坐落整个拓扑结构中的前面，完结输入信号源的加工处理，或许完结扩大增益的设置，或许完结阻抗改换的意图，使其和后边功率扩大级的输入灵敏度相匹配；前置扩大器取得并安稳输入音频信号，并保证差动信号，设计时需求尽量减小其等效输入的闪耀噪声及热噪声，下降输出电阻，添加其PSRR、CMRR、SNR、频带宽度、转化功率等参数。
一般来说，双极晶体管的闪耀噪声具有较低的转角频率（闪耀噪声和热噪声的交叉点），低于MOS晶体管的闪耀噪声，在音频等低频的规划体系中，运用双极晶体管的规划有利于下降噪声，但是在混合信号电路的规划中，衬底噪声对双极晶体管就有很大的影响，所以在混合信号电路规划中，更多的运用MOS晶体管，因而这儿说到的运放就选用CMOS工艺完结了相应的规划。
1 、音频功放中前置运算扩大器的功用
如图1所示，D类音频功率扩大器首要由以下几个模块组成：前置运算扩大器、调制级、偏置、操控级、驱动级及输出功率管级（BTL）；前置运算扩大器坐落整个结构的开始端，本规划中，要求前置运放有正常作业形式（play）及噪声按捺作业形式（mute）两种作业形式，在正常作业形式下，运放接纳信号源，正常作业，后边各级完结相应调制及信号的再生；在噪声按捺作业形式下，运放中止接纳输入信号源，差分输出端各被胁迫在固定的电压下，其它模块正常作业，BTL输出端为相同的输出方波，在负载上，看不到信号的再生重现，此刻处于静音状况，运用静噪状况的首要效果是按捺开关机时分的爆裂（pop）噪声，其完结的电路内部结构如图2所示。
2 、前置运算扩大器的噪声特性
运算扩大器电路中存在5种噪声源：散粒噪声（Shot Noise）、热噪声（Thermal Noise）、闪耀噪声（Flicker Noise）、爆裂噪声（Burst Noise）、雪崩噪声（Avalanche Noise），关于CMOS工艺，散粒噪声、爆裂噪声和雪崩噪声在运算扩大器电路中一般没有太大影响，即便有，也能够消除，在噪声剖析中能够不予考虑。
2.1 噪声模型
电阻的噪声首要是热噪声。该噪声能够等效为一个抱负的无噪声电阻串连一个电压源，或并联一个电流源作为它的噪声模型，其等效的噪声电流及电压别离为：
运算扩大器制造商供给的噪声目标，一般是指在运算扩大器输入端测验的噪声，包含热噪声及闪耀噪声。而运算扩大器内部的噪声经过内部等效来描绘，运算扩大器内部可视为一个抱负的无噪声运算扩大器（Noisless OpAmp），经过在抱负无噪声运算扩大器的同相输入端串联一个噪声电压源，同相、反相输人端到地别离串联一个噪声电流源，来表征内部噪声，关于单管NMOS或许PMOS，它们的等效噪声电流及噪声电压别离为：
上面各式及下面说到的公式中，K为Boltzmann常数，T是热力学温度，gm为晶体管的跨导。k是MOS晶体管闪耀噪声系数，W，L别离为MOS晶体管的有用栅宽度和长度，Cox是单位面积的栅氧化层电容。
2.2 前置运算扩大器的噪声剖析
音频功率扩大器中的前置运放，其噪声模型能够如图4所示，R1、R2是输入电阻，R3、R4是反应电阻，R3和R4为可调电阻，用于设置其整个功放的增益，e1、e2、e3、e4别离为4个电阻的热噪声电压，4个电阻对输入的噪声影响电压别离为：
其前置运算扩大器的噪声为电阻噪声与其运放内部噪声的总和，下面就剖析运放内部噪声。
2.3 全差分运放的内部噪声剖析
咱们知道，噪声规划的要害是输入级的低噪声规划，因而在大多数运放规划的时分，榜首级的要害不是增益的规划，因为这一级的噪声巨细直接决议了整个运放的噪声特性。PMOS管比NMOS管的噪声系数低，利于减小其输入噪声电压，因而输入级常选用：PMOS管差分输入结构。图5便是运放输入级的噪声剖析图，输入管为PMOS。
差分担的源极接到同一点上，那么电流源负载的噪声便是相关噪声源，其等效到Mp1和Mp2上的噪声因为差动的效果就能够彼此抵消，然后减小了电路的噪声。Mp1、Mp2为输入差分对管。别的，关于Mn3管，噪声电压对输入的影响也能够疏忽。
因而图5的噪音为：
得出运算扩大器的内部噪音为：
3、 电路规划及物理层规划
由以上噪声特性的剖析能够看出，要改进运算扩大器的噪声需求挑选适宜的电阻及适宜的MOS管的栅宽长比，本文运用Winbond 0.5μ CMOS典型工艺，对运放噪声进行了剖析，如图6和图7，其间L1《L2《L3。
由图6和图7能够看出，输入管及负载管L越大，噪声特性越好，但因为地图及安稳性的要求，不可能运用过大的L值；经过相同的仿真，对输入的宽长比，咱们也能够得到相似的定论；因而，本文的运放挑选适宜的电阻及输入级和负载管的宽长比，完结了很好的规划，图8给出了具体电路图，且表1给出了其规划的根本仿真成果。
由表1仿真成果能够看出，运放选用低静态电流规划，完结较低的噪卢特性、较高的电源按捺比，及较快的转化速率等。
图9是前置运算扩大器在功率扩大器中的完好地图，运用Winbond 0.5μCMOS工艺，此工艺自身对衬底的噪声有必定的按捺，对音频功率扩大器的规划供给了很好的条件，上图的3个框别离为外部反应电阻、运算扩大器内部结构及内部调零电阻，而且很好地完结了电阻电容及晶体管的匹配。
4、 结束语
噪声是运算扩大器非常重要的参数，它决议了整个体系的灵敏度，本文从噪声这个参数下手，剖析了音频扩大器中前置运放的噪声特性，给出了改进噪声的办法，并用winbond 0.5μCMOS工艺完结了相关规划。
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