본 논문에서는 시그마-델타 변조기에 기반 한 D급 오디오 증폭기를 제안한다. 16-비트 병렬의 디지털 입력신호는 4-차 디지털 시그마-델타 변조기에 의해 2-비트의 신호로 직렬화되고, 이 신호는 4-차 아날로그 시그마-델타 변조기로 인가된다. 아날로그 시그마 델타 변조기의 출력단의 파워 스위치는 3-레벨로 동작하며, 3-레벨의 펄스 밀도 변조(PDM) 출력 신호는 LC-필터를 통해 저역 통과되어 스피커에 전달된다. 아날로그 시그마-델타 변조기의 첫 단의 적분기는 디지털 시그마-델타 변조기의 출력으로부터 샘플된 이산 시간 영역의 신호를 입력으로 받아들이고, 동시에 파워 스위칭 단의 연속 시간 영역의 출력 신호를 부궤환(feedback) 받기 위해 스위치드-캐패시터 적분기와 연속시간 영역의 적분기를 혼합된 형태로 구현되었다. 제안된 클래스-D 오디오증폭기는 CMOS 0.13-um 공정을 이용해 제작되었으며 100-Hz 부터 20-kHz의 신호 주파수 영역에서 동작한다. 제작된 D급 오디오 증폭기는 4-${Omega}$ 부하 저항에서 최대 18.3-mW을 내고 0.035-%의 전고조파 왜율(total harmonic distortion pluse noise : THD+N) 성분과 80-dB의 입력신호 대역폭(dynamic range)을 갖는다. 아날로그 및 디지털 변조기는 1.2-V 전원 전압으로 동작하며 총 457-uW의 전력을 소모한다.
A sigma-delta modulator based class-D audio amplifier is presented. Parallel digital input is serialized to two-bit output by a fourth-order digital sigma-delta noise shaper. The output of the digital sigma-delta noise shaper is applied to a fourth-order analog sigma-delta modulator whose three-level output drives power switches. The pulse density modulated (PDM) output of the power switches is low-pass filtered by an LC-filter. The PDM output of the power switches is fed back to the input of the analog sigma-delta modulator. The first integrator of the analog sigma-delta modulator is a hybrid of continuous-time (CT) and switched-capacitor (SC) integrator. While the sampled input is applied to SC path, the continuous-time feedback signal is applied to CT path to suppress the noise of the PDM output. The class-D audio amplifier is fabricated in a standard $0.13-{mu}m$ CMOS process and operates for the signal bandwidth from 100-Hz to 20-kHz. With 4-${Omega}$ load, the maximum output power is 18.3-mW. The total harmonic distortion plus noise and dynamic range are 0.035-% and 80-dB, respectively. The modulator consumes 457-uW from 1.2-V power supply.
