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CN0226 带音量控制的便携式音频放大器
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2021-06-01
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CN0226 该电路可配置为超低功耗工作模式。如果在低功耗系统中使用该电路，可以用四通道AD8508取代所有三个运算放大器；AD8508每个放大器的电源电流非常低，仅为20 μA，而且只需2.5 V电源即可发挥全部功能。
也可以使用D型触发器从外部实现自动关断功能，以改善最小音量下的衰减，如图4所示。
图4.自动关断模式
电路采用标准音频测试设备和方法进行测试。
设备要求
需要使用以下设备：
EVAL-CN0226-EB1Z 评估板
直流电源（2.7 V至5.5 V）
Audio Precision 2700系列音频分析仪或等效设备
Audio Precision AUX-0025滤波器或等效器件
功能框图
图5.测试设置功能框图
设置与测试
按照图5所示连接设备。将电源连接到EVAL-CN0226-EB1Z板。
使用标准音频测试方法进行所需的测量。
图6为EVAL-CN0226-EB1Z板的实物照片。
图6.EVAL-CN0226-EB1Z照片
该电路采用64位AD5116数字电位器、SSM2375D类放大器、双通道ADA4051-2和单通道AD8515运算放大器，为低功耗和/或便携式应用提供易于使用的电路。
输入信号由高通滤波器滤波，该滤波器会滤除任何直流失调电压，并使信号位于电源轨中间位置。高通滤波器还能改善电源抑制(PSR)性能。VDD/2偏置电压有单独的滤波器，如图2所示。
图2.输入滤波器配置
滤波器由1 µF电容和33 kΩ电阻组成，提供大约10 Hz的截止频率。高通滤波器由33 kΩ电阻和220 nF电容组成，提供大约22 Hz的截止频率。
偏置电压滤波器可抑制10 Hz及以上的电源噪声。
AD5116配置为电位计模式，因而可衰减音频输入信号，并提供80kΩ、10kΩ和5kΩ的电阻值。电阻选择需要权衡线性度、噪声、带宽和总谐波失真(THD)性能。图1所示电路选择了10 kΩ选项，不过5 kΩ选项可以稍微降低噪声。
双通道AD8515是一款低成本、低功耗、轨到轨输入/输出运算放大器，用于缓冲音频信号并驱动AD5116的A端。
ADA4051-2运算放大器的一半向AD5116的B端提供低阻抗VDD/2偏置电压。偏置电压设置为VDD/2可提供最优信号裕量和最佳THD性能。
ADA4051-2运算放大器的另一半用于缓冲AD5116的W端输出。
AD5116提供自动存储功能，确保能够保留最后的音量位置。当自动存储功能使能时，ASE引脚具有双重功能。该引脚指示是否到达电阻的末端，以此指示最大/最小音量。一个LED以可视化方式显示事件信息。
SSM2375是一款高效率D类放大器，可提供高达3 W的输出功率。该器件具有12 dB增益，内置爆音和喀嚓声抑制电路，可最大程度地降低数字电位器的转换毛刺。
板上有第三个按钮，用于关断音频输出。
图3显示了电路在5 V电源、4Ω+15 µH负载下工作的THD+N性能。请注意，在2 W输出功率水平时，THD+N会增加。
图3.电路在5 V电源、4Ω+15 µH负载、增益= 3 dB条件下的THD+N性能
音频输入信号电平计算
SSM2375输出功率通过下式计算：
其中：
IN为均方根输入电压或VPEAK /√2.
RLOAD为扬声器阻抗。
GAIN为线性增益，默认值为1.4125 (3 dB)。
如表1所示，SSM2375的增益设置范围是0 dB到12 dB，步长为3 dB。
表1.SSM2375增益配置
增益设置(dB)
增益引脚配置
12
通过47 kΩ电阻连接到VDD
9
通过47 kΩ电阻连接到GND
6
接至VDD
3
开路
0
接至GND
为实现所需性能，必须采用最优的布局、接地和解耦技术（参见教程MT-031和MT-101）。至少应采用四层印刷电路板(PCB)：一层为接地层，一层为电源层，另两层为信号层。
有关完整设计支持包，包括原理图、布局、装配和物料清单(BOM)，请访问www.analog.com/CN0226-DesignSupport。 CN0226 带音量控制的便携式音频放大器 CN0226 图1所示电路是一个完整的低成本、低功耗、单声道音频放大器，具有音量控制、降低毛刺功能和3 W D类输出驱动器。
音量通过一个连接到64位数字电位器的简单按钮接口来手动连接。自动存储功能会保留最后的音量设置，LED提供最大/最小音量的可视化信息。
SSM2375 D类驱动放大器可将高达3 W的输出功率提供给3Ω负载，5 V时的功效比为93%，内置爆音和咔嚓声抑制功能，并具有关断模式。
该电路提供一个预调理输入级，支持与各种音频输入信号兼容，并且可以用电池供电。
图1.音量控制（原理示意图：未显示去耦和所有连接）
CN0226
图5.测试设置功能框图
设置与测试
按照图5所示连接设备。将电源连接到EVAL-CN0226-EB1Z板。
使用标准音频测试方法进行所需的测量。
图6为EVAL-CN0226-EB1Z板的实物照片。
图6.EVAL-CN0226-EB1Z照片
该电路采用64位AD5116数字电位器、SSM2375D类放大器、双通道ADA4051-2和单通道AD8515运算放大器，为低功耗和/或便携式应用提供易于使用的电路。
输入信号由高通滤波器滤波，该滤波器会滤除任何直流失调电压，并使信号位于电源轨中间位置。高通滤波器还能改善电源抑制(PSR)性能。VDD/2偏置电压有单独的滤波器，如图2所示。
图2.输入滤波器配置
滤波器由1 µF电容和33 kΩ电阻组成，提供大约10 Hz的截止频率。高通滤波器由33 kΩ电阻和220 nF电容组成，提供大约22 Hz的截止频率。
偏置电压滤波器可抑制10 Hz及以上的电源噪声。
AD5116配置为电位计模式，因而可衰减音频输入信号，并提供80kΩ、10kΩ和5kΩ的电阻值。电阻选择需要权衡线性度、噪声、带宽和总谐波失真(THD)性能。图1所示电路选择了10 kΩ选项，不过5 kΩ选项可以稍微降低噪声。
双通道AD8515是一款低成本、低功耗、轨到轨输入/输出运算放大器，用于缓冲音频信号并驱动AD5116的A端。
ADA4051-2运算放大器的一半向AD5116的B端提供低阻抗VDD/2偏置电压。偏置电压设置为VDD/2可提供最优信号裕量和最佳THD性能。
ADA4051-2运算放大器的另一半用于缓冲AD5116的W端输出。
AD5116提供自动存储功能，确保能够保留最后的音量位置。当自动存储功能使能时，ASE引脚具有双重功能。该引脚指示是否到达电阻的末端，以此指示最大/最小音量。一个LED以可视化方式显示事件信息。
SSM2375是一款高效率D类放大器，可提供高达3 W的输出功率。该器件具有12 dB增益，内置爆音和喀嚓声抑制电路，可最大程度地降低数字电位器的转换毛刺。
板上有第三个按钮，用于关断音频输出。
图3显示了电路在5 V电源、4Ω+15 µH负载下工作的THD+N性能。请注意，在2 W输出功率水平时，THD+N会增加。
图3.电路在5 V电源、4Ω+15 µH负载、增益= 3 dB条件下的THD+N性能
音频输入信号电平计算
SSM2375输出功率通过下式计算：
其中：
IN为均方根输入电压或VPEAK /√2.
RLOAD为扬声器阻抗。
GAIN为线性增益，默认值为1.4125 (3 dB)。
如表1所示，SSM2375的增益设置范围是0 dB到12 dB，步长为3 dB。
表1.SSM2375增益配置
增益设置(dB)
增益引脚配置
12
通过47 kΩ电阻连接到VDD
9
通过47 kΩ电阻连接到GND
6
接至VDD
3
开路
0
接至GND
为实现所需性能，必须采用最优的布局、接地和解耦技术（参见教程MT-031和MT-101）。至少应采用四层印刷电路板(PCB)：一层为接地层，一层为电源层，另两层为信号层。
有关完整设计支持包，包括原理图、布局、装配和物料清单(BOM)，请访问www.analog.com/CN0226-DesignSupport。 CN0226 带音量控制的便携式音频放大器 CN0226 图1所示电路是一个完整的低成本、低功耗、单声道音频放大器，具有音量控制、降低毛刺功能和3 W D类输出驱动器。
音量通过一个连接到64位数字电位器的简单按钮接口来手动连接。自动存储功能会保留最后的音量设置，LED提供最大/最小音量的可视化信息。
SSM2375 D类驱动放大器可将高达3 W的输出功率提供给3Ω负载，5 V时的功效比为93%，内置爆音和咔嚓声抑制功能，并具有关断模式。
该电路提供一个预调理输入级，支持与各种音频输入信号兼容，并且可以用电池供电。
图1.音量控制（原理示意图：未显示去耦和所有连接）
CN0226- 便携式音量控制
- 3W D类输出驱动器
- 64级按钮控制
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