探索SSM2315：高效單聲道D類音頻放大器的卓越性能

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，音頻放大器扮演著至關(guān)重要的角色。今天，我們將深入探討一款來自Analog Devices的高效單聲道D類音頻放大器——SSM2315，它在移動(dòng)設(shè)備和便攜式電子產(chǎn)品領(lǐng)域展現(xiàn)出了卓越的性能。

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一、SSM2315特性亮點(diǎn)

1. 無濾波器設(shè)計(jì)與高效調(diào)制

SSM2315采用了無濾波器的Σ - Δ調(diào)制方案，這一設(shè)計(jì)大大減少了外部組件的數(shù)量，節(jié)省了電路板空間并降低了系統(tǒng)成本。它無需輸出濾波器，而是依靠揚(yáng)聲器線圈的固有電感以及揚(yáng)聲器和人耳的自然濾波來恢復(fù)音頻信號(hào)。與常見的脈寬調(diào)制（PWM）不同，Σ - Δ調(diào)制具有諸多優(yōu)勢(shì)，例如不會(huì)在AM頻段產(chǎn)生帶有許多諧波的尖銳峰值，有效降低了高頻頻譜分量的幅度，減少了可能由揚(yáng)聲器和長(zhǎng)電纜走線輻射的電磁干擾（EMI）。對(duì)于長(zhǎng)度小于10 cm的雙絞線揚(yáng)聲器電纜，甚至無需外部EMI濾波。而且，由于Σ - Δ調(diào)制的固有擴(kuò)頻特性，在使用多個(gè)SSM2315放大器的設(shè)計(jì)中，無需進(jìn)行振蕩器同步。

2. 高功率輸出與效率

在5.0 V電源下，它能夠?yàn)? Ω負(fù)載提供3 W的連續(xù)輸出功率，為8 Ω負(fù)載提供1.4 W的功率，且總諧波失真（THD + N）小于1%。在5.0 V、1.4 W輸出到8 Ω揚(yáng)聲器時(shí)，效率高達(dá)93%，展現(xiàn)出了出色的功率轉(zhuǎn)換能力。

3. 出色的音頻性能

信號(hào) - 噪聲比（SNR）大于103 dB，能夠提供清晰、純凈的音頻體驗(yàn)。同時(shí)，它具備超低的關(guān)機(jī)電流（典型值為20 nA），在關(guān)機(jī)模式下幾乎不消耗電量，有助于延長(zhǎng)設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間。

4. 保護(hù)與抑制功能

內(nèi)置短路和熱保護(hù)電路，能夠有效防止設(shè)備因異常情況而損壞。此外，它還具有爆音和咔嗒聲抑制功能，可減少開機(jī)和關(guān)機(jī)時(shí)輸出端的電壓毛刺，降低可聽噪聲。

5. 靈活的增益設(shè)置

默認(rèn)增益為6 dB，用戶可以通過使用一對(duì)外部電阻來調(diào)整增益，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

6. 寬電源電壓范圍

支持2.5 V至5.5 V的單電源供電，適用于各種不同電源配置的設(shè)備。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

SSM2315的特性使其在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，如手機(jī)、MP3播放器、便攜式游戲機(jī)、便攜式電子產(chǎn)品和教育玩具等。這些設(shè)備通常對(duì)尺寸、功耗和音頻質(zhì)量有較高的要求，而SSM2315正好能夠滿足這些需求。

三、技術(shù)原理剖析

1. 增益調(diào)整

SSM2315的默認(rèn)增益為6 dB，若要降低增益，可使用一對(duì)外部電阻，其計(jì)算公式為：外部增益設(shè)置 = 160 kΩ / (80 kΩ + REXT)。通過這種方式，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求靈活調(diào)整放大器的增益。

2. 爆音和咔嗒聲抑制

音頻放大器在關(guān)機(jī)或開機(jī)時(shí)，輸出端可能會(huì)出現(xiàn)電壓瞬變，低至10 mV的電壓瞬變就可能在揚(yáng)聲器中產(chǎn)生可聽的爆音。SSM2315的爆音和咔嗒聲抑制架構(gòu)能夠有效減少這些輸出瞬變，實(shí)現(xiàn)無噪聲的激活和停用。

3. 輸出調(diào)制

采用三級(jí)Σ - Δ輸出調(diào)制，每個(gè)輸出可以在GND和VDD之間擺動(dòng)。在沒有輸入信號(hào)時(shí)，理想情況下輸出差分電壓為0 V。由于始終存在噪聲源，在需要時(shí)會(huì)產(chǎn)生差分脈沖。大部分時(shí)間，由于ADI的專利三級(jí)Σ - Δ輸出調(diào)制，輸出差分電壓為0 V，確保通過電感負(fù)載的電流較小。當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)，會(huì)生成輸出脈沖以跟蹤輸入電壓，通過提高輸入信號(hào)電平來增加差分脈沖密度。

四、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1. 布局設(shè)計(jì)

隨著輸出功率的增加，在放大器、負(fù)載和電源之間正確布局PCB走線和電線至關(guān)重要。應(yīng)使用短而寬的PCB走線來降低電壓降并最小化電感，每英寸走線長(zhǎng)度的寬度至少為200 mil，使用1 oz或2 oz的銅PCB走線進(jìn)一步降低IR降和電感。同時(shí)，要確保良好的接地，使用大的接地平面以實(shí)現(xiàn)最小阻抗，將關(guān)鍵模擬路徑與高干擾源隔離，分離高頻和低頻電路。多層印刷電路板的設(shè)計(jì)可以有效減少EMI輻射并提高對(duì)RF場(chǎng)的抗干擾能力。

2. 輸入電容選擇

如果輸入信號(hào)的偏置在1.0 V至VDD - 1.0 V之間，SSM2315不需要輸入耦合電容。若輸入信號(hào)不在此推薦的直流共模電壓范圍內(nèi)、需要高通濾波或使用單端源，則需要輸入電容。輸入電容會(huì)顯著影響電路性能，不使用輸入電容會(huì)降低放大器的輸出失調(diào)和直流電源抑制比（PSRR）性能。

3. 電源去耦

為確保高效率、低總諧波失真（THD）和高PSRR，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾娫慈ヱ睢Ｊ褂酶哔|(zhì)量、低等效串聯(lián)電感（ESL）和低等效串聯(lián)電阻（ESR）的電容（通常約為4.7 μF）將低頻噪聲旁路到接地平面，在靠近設(shè)備的VDD引腳處使用0.1 μF電容來處理高頻瞬態(tài)噪聲。

五、總結(jié)

SSM2315作為一款高性能的單聲道D類音頻放大器，憑借其無濾波器設(shè)計(jì)、高功率輸出、出色的音頻性能、靈活的增益設(shè)置以及完善的保護(hù)功能，成為了移動(dòng)設(shè)備和便攜式電子產(chǎn)品音頻設(shè)計(jì)的理想選擇。在設(shè)計(jì)過程中，正確的布局、輸入電容選擇和電源去耦等方面的注意事項(xiàng)，能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，為用戶帶來優(yōu)質(zhì)的音頻體驗(yàn)。各位電子工程師在實(shí)際應(yīng)用中，不妨深入研究其特性，挖掘更多的應(yīng)用潛力。你在使用音頻放大器的過程中，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。