探索SSM2375：高效無濾波器單聲道D類音頻放大器的卓越性能

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，音頻放大器的性能對于提供優(yōu)質(zhì)的聽覺體驗至關(guān)重要。今天，我們將深入探討Analog Devices推出的SSM2375，一款無濾波器、高效的單聲道3W D類音頻放大器，它在移動設(shè)備、便攜式電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

文件下載：SSM2375.pdf

一、產(chǎn)品特性亮點

高效無濾波器設(shè)計

SSM2375采用無濾波器D類放大器架構(gòu)，結(jié)合擴(kuò)頻Σ - Δ調(diào)制技術(shù)。這種設(shè)計不僅減少了外部LC輸出濾波器的使用，節(jié)省了電路板空間和成本，還在低輸出功率時仍能保持高效。在5.0V電源下，驅(qū)動8Ω負(fù)載輸出1.4W功率時，效率高達(dá)93%；驅(qū)動3Ω負(fù)載輸出3W功率時，效率為85%。

出色的音頻性能

• 低失真：在多種負(fù)載和電源電壓條件下，總諧波失真加噪聲（THD + N）小于1%。例如，在5.0V電源下，驅(qū)動8Ω負(fù)載輸出1.4W功率時，THD + N極低。
• 高信噪比：信號 - 噪聲比（SNR）大于100dB，能夠提供清晰、純凈的音頻信號。
• 高電源抑制比：在217Hz時，電源抑制比（PSRR）高達(dá)80dB，有效減少電源噪聲對音頻信號的干擾。

靈活的增益調(diào)節(jié)

通過增益選擇引腳，用戶可以在0dB到12dB之間以3dB的步長進(jìn)行增益調(diào)節(jié)，且輸入阻抗固定為80kΩ。與使用外部電阻設(shè)置增益相比，這種方式能更好地實現(xiàn)多個SSM2375設(shè)備在同一應(yīng)用中的增益匹配。

超低EMI排放模式

該放大器提供用戶可選的超低EMI排放模式。在這種模式下，尤其是在100MHz以上，D類輸出的輻射排放顯著降低。使用50cm無屏蔽揚聲器電纜時，SSM2375可在無任何外部濾波的情況下通過FCC Class B輻射排放測試。

其他實用特性

• 寬電源電壓范圍：支持2.5V到5.5V的單電源工作，適用于多種電源環(huán)境。
• 低功耗關(guān)機(jī)模式：典型關(guān)機(jī)電流僅為20nA，有助于延長電池續(xù)航時間。
• 短路和熱保護(hù)：具備自動恢復(fù)功能，增強(qiáng)了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。
• 爆音和咔嗒聲抑制：有效減少開機(jī)和關(guān)機(jī)時的輸出電壓毛刺，降低可聽噪聲。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

SSM2375的特性使其非常適合多種便攜式電子設(shè)備，如手機(jī)、MP3播放器等。這些設(shè)備對空間、功耗和音頻性能都有較高要求，而SSM2375正好能滿足這些需求，為用戶帶來高品質(zhì)的音頻體驗。

三、理論與設(shè)計要點

工作原理概述

SSM2375摒棄了傳統(tǒng)D類放大器常用的脈沖寬度調(diào)制（PWM），采用Σ - Δ調(diào)制來確定輸出設(shè)備的開關(guān)模式。這種調(diào)制方式不會在AM頻段產(chǎn)生具有大量諧波的尖銳峰值，還能降低高頻頻譜分量的幅度，減少可能由揚聲器和長電纜走線輻射的EMI排放。此外，由于Σ - Δ調(diào)制的固有擴(kuò)頻特性，在多放大器設(shè)計中無需進(jìn)行振蕩器同步。

增益選擇細(xì)節(jié)

預(yù)設(shè)增益可以通過一個外部電阻（可選）在0dB到12dB之間以3dB為步進(jìn)進(jìn)行設(shè)置。不過在高輸出功率時，若GAIN引腳配置為3dB增益設(shè)置（開路），同時使用低阻抗負(fù)載（小于3Ω + 10μH）并配置為低排放模式（EDGE = VDD），可能會產(chǎn)生過多的感應(yīng)噪聲。此時，可以連接一個2.2μF到4.7μF的電容從GAIN引腳到地，或者將固定電壓VDD/2施加到GAIN引腳來穩(wěn)定增益設(shè)置。

爆音和咔嗒聲抑制原理

音頻放大器在關(guān)機(jī)激活或停用期間，輸出端可能會出現(xiàn)電壓瞬變，即使低至10mV的電壓瞬變也可能在低靈敏度手機(jī)揚聲器中產(chǎn)生可聽的爆音。SSM2375的爆音和咔嗒聲抑制架構(gòu)能夠有效減少這些輸出瞬變，實現(xiàn)無噪聲的激活和停用操作。

EMI噪聲控制

SSM2375采用專有調(diào)制和擴(kuò)頻技術(shù)來最小化設(shè)備的EMI排放。對于難以通過FCC Class B排放測試的應(yīng)用，可啟用超低EMI排放模式，顯著降低D類輸出的輻射排放。同時，降低電源電壓也能大大減少輻射排放。

輸出調(diào)制說明

該放大器使用三級Σ - Δ輸出調(diào)制，每個輸出可以在GND到VDD之間擺動。在無輸入信號時，理想情況下輸出差分電壓為0V，但實際中由于噪聲源的存在，會根據(jù)需要產(chǎn)生差分脈沖。當(dāng)輸入信號存在時，輸出脈沖會跟隨輸入電壓，通過提高輸入信號電平來增加差分脈沖密度。

四、設(shè)計注意事項

布局設(shè)計

隨著輸出功率的增加，合理布局PCB走線和電線至關(guān)重要。應(yīng)使用短而寬的PCB軌道來減少電壓降和電感，避免接地環(huán)路以最小化共模電流。確保軌道寬度每英寸至少為200mil，使用1oz或2oz銅PCB走線以進(jìn)一步降低IR降和電感。同時，要將關(guān)鍵模擬路徑與高干擾源隔離，分離高頻和低頻電路，多層PCB設(shè)計有助于降低EMI排放并提高對RF場的抗干擾能力。

輸入電容選擇

如果輸入信號的偏置在1.0V到VDD - 1.0V之間，SSM2375不需要輸入耦合電容。若輸入信號不在此范圍內(nèi)、需要高通濾波或使用單端源，則需要輸入電容。輸入電容的選擇會顯著影響電路性能，不使用輸入電容會降低放大器的輸出失調(diào)和直流PSRR性能。

電源去耦

為確保高效率、低總諧波失真和高PSRR，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾娫慈ヱ睢ｋ娫摧斎霊?yīng)使用一個最小為4.7μF的優(yōu)質(zhì)、低ESL、低ESR電容進(jìn)行去耦，以旁路低頻噪聲到地平面。對于高頻瞬態(tài)噪聲，應(yīng)在設(shè)備的VDD引腳附近使用一個0.1μF的電容。

五、總結(jié)

SSM2375以其高效、低失真、靈活的增益調(diào)節(jié)和出色的抗干擾能力，成為便攜式電子設(shè)備音頻放大的理想選擇。在設(shè)計過程中，充分考慮布局、輸入電容選擇和電源去耦等因素，能夠進(jìn)一步發(fā)揮其性能優(yōu)勢，為用戶帶來更加優(yōu)質(zhì)的音頻體驗。你在使用類似音頻放大器時遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。