探索SSM2375：高效無(wú)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(duì)于提供優(yōu)質(zhì)的聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)至關(guān)重要。今天，我們將深入探討Analog Devices推出的SSM2375，一款無(wú)濾波器、高效的單聲道3W D類音頻放大器，它在移動(dòng)設(shè)備、便攜式電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

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一、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

高效無(wú)濾波器設(shè)計(jì)

SSM2375采用無(wú)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(jì)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(shí)仍能保持高效。在5.0V電源下，驅(qū)動(dòng)8Ω負(fù)載輸出1.4W功率時(shí)，效率高達(dá)93%；驅(qū)動(dòng)3Ω負(fù)載輸出3W功率時(shí)，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(dòng)8Ω負(fù)載輸出1.4W功率時(shí)，THD + N極低。
• 高信噪比：信號(hào) - 噪聲比（SNR）大于100dB，能夠提供清晰、純凈的音頻信號(hào)。
• 高電源抑制比：在217Hz時(shí)，電源抑制比（PSRR）高達(dá)80dB，有效減少電源噪聲對(duì)音頻信號(hào)的干擾。

靈活的增益調(diào)節(jié)

通過(guò)增益選擇引腳，用戶可以在0dB到12dB之間以3dB的步長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)多個(gè)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(wú)屏蔽揚(yáng)聲器電纜時(shí)，SSM2375可在無(wú)任何外部濾波的情況下通過(guò)FCC Class B輻射排放測(cè)試。

其他實(shí)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(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。
• 短路和熱保護(hù)：具備自動(dòng)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(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)時(shí)的輸出電壓毛刺，降低可聽(tīng)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(duì)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(lái)高品質(zhì)的音頻體驗(yàn)。

三、理論與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

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(lái)確定輸出設(shè)備的開(kāi)關(guān)模式。這種調(diào)制方式不會(huì)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(yáng)聲器和長(zhǎng)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(jì)中無(wú)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(guò)一個(gè)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(guò)在高輸出功率時(shí)，若GAIN引腳配置為3dB增益設(shè)置（開(kāi)路），同時(shí)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(huì)產(chǎn)生過(guò)多的感應(yīng)噪聲。此時(shí)，可以連接一個(gè)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(lái)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(huì)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(yáng)聲器中產(chǎn)生可聽(tīng)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(shí)現(xiàn)無(wú)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(lái)最小化設(shè)備的EMI排放。對(duì)于難以通過(guò)FCC Class B排放測(cè)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(shí)，降低電源電壓也能大大減少輻射排放。

輸出調(diào)制說(shuō)明

該放大器使用三級(jí)Σ - Δ輸出調(diào)制，每個(gè)輸出可以在GND到VDD之間擺動(dòng)。在無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，理想情況下輸出差分電壓為0V，但實(shí)際中由于噪聲源的存在，會(huì)根據(jù)需要產(chǎn)生差分脈沖。當(dāng)輸入信號(hào)存在時(shí)，輸出脈沖會(huì)跟隨輸入電壓，通過(guò)提高輸入信號(hào)電平來(lái)增加差分脈沖密度。

四、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

布局設(shè)計(jì)

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(lái)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(shí)，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(jì)有助于降低EMI排放并提高對(duì)RF場(chǎng)的抗干擾能力。

輸入電容選擇

如果輸入信號(hào)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(hào)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(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?。電源輸入?yīng)使用一個(gè)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(duì)于高頻瞬態(tài)噪聲，應(yīng)在設(shè)備的VDD引腳附近使用一個(gè)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(jì)過(guò)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(shì)，為用戶帶來(lái)更加優(yōu)質(zhì)的音頻體驗(yàn)。你在使用類似音頻放大器時(shí)遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。