onsemi SA571 Compandor：高性能增益控制电路的卓越之选

在电子电路设计领域，高性能的增益控制电路一直是工程师们追求的目标。对于一些非关键应用，集成运算跨导放大器或许能满足需求，但在对性能要求极高的场景下，往往需要复杂且昂贵的分立电路。onsemi的SA571 Compandor为我们提供了一个出色的解决方案，下面就来详细了解一下这款芯片。

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一、SA571概述

SA571是一款多功能、低成本的双增益控制电路，每个通道都可作为动态范围压缩器或扩展器使用。它集成了全波整流器、线性化且具有温度补偿功能的可变增益单元以及运算放大器，适用于蜂窝无线电、无线电通信系统、调制解调器、电话和卫星广播/接收音频系统等众多领域。

1.1 特点

• 集成度高：一片芯片集成了完整的压缩器和扩展器功能。
• 温度补偿：能够在不同温度环境下保持稳定的性能。
• 动态范围大：动态范围大于110 dB，可处理较大幅度的信号变化。
• 低电压工作：最低可在6.0 VDC下工作。
• 系统级别可调：可通过外部组件调整系统级别。
• 低失真：失真可通过调节去除。
• 降噪功能：具备动态降噪系统。
• 电压控制放大：可作为电压控制放大器使用。
• 环保封装：提供无铅封装选项。

1.2 封装形式

SA571有SOIC - 16和PDIP - 16两种封装形式，不同封装在引脚排列和适用场景上有所差异，工程师可根据实际需求进行选择。

二、电气特性

2.1 最大额定值

额定值	符号	值	单位
最大工作电压	(V_{CC})	18	V
工作环境温度	(T_{A})	-40 to +85	°C
工作结温	(T_{J})	150	°C
功率耗散		400	mW
N封装热阻	(R_{JA})	75 - 105	°C/W

超过最大额定值可能会损坏器件，影响其功能和可靠性，在设计时必须严格遵守这些参数。

2.2 电气特性参数

在 (V{CC}= +15 V) ， (T{A}=25^{circ} C) 的条件下，SA571具有以下典型电气特性：

• 电源电压：范围为6.0 - 18 V。
• 电源电流：无信号时典型值为4.2 mA，最大值为4.8 mA。
• 输出电流能力：可达 ±20 mA。
• 输出压摆率：典型值为 ±0.5 V/µs。
• 增益单元失真：未调整时最大为2.0%，调整后可低至0.1%。
• 电阻公差：±15%。
• 内部参考电压：范围为1.65 - 1.95 V。
• 输出直流偏移：未调整时最大为 ±150 mV。
• 扩展器输出噪声：无信号且频率在15 Hz - 20 kHz时，典型值为20 µV，最大值为60 µV。
• 单位增益电平：在1.0 kHz时为 -1.5 - +1.5 dBm。
• 增益变化：典型值为 ±0.1 dB。
• 参考漂移：在不同条件下有相应的变化范围。
• 电阻漂移：在 -40 °C 到 +85 °C 温度范围内有一定的漂移。
• 跟踪误差：在特定输入条件下有相应的误差范围。
• 通道隔离度：典型值为60 dB。

这些电气特性为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据，确保电路能够稳定、可靠地工作。

三、电路描述

3.1 电路组成

SA571的主要组成部分包括全波整流器、可变增益单元、运算放大器和偏置系统。这些模块的合理布局使得芯片在使用较少外部组件的情况下仍能表现出色，并且可以适应多种不同的应用场景。

3.2 全波整流器

全波整流器对输入电流进行整流，输入电流从整流器输入流向内部求和节点，该节点偏置在 (V{REF}) 。整流后的电流在连接到 (C{RECT}) 端子的外部滤波电容上进行平均，输入电流的平均值控制可变增益单元的增益。对于电容耦合电压输入，增益与输入信号的平均值成正比，公式为 (G propto frac{left|V{IN }-V{REF }right| avg }{R{1}}) （对于电容耦合输入，可简化为 (G propto frac{left|V{IN}right| avg }{R_{1}}) ）。增益随输入信号电平变化的速度由整流器滤波电容决定，小电容可实现快速响应，但对低频信号的滤波效果不佳，可能会导致三次谐波失真，因此需要在快速响应和低失真之间进行权衡。

3.3 可变增益单元

可变增益单元是一个电流输入、电流输出的器件，其输出电流与输入电流的比值由整流器控制。对于电容耦合输入，输入电流 (I{IN}=frac{V{IN}-V{REF}}{R{2}}=frac{V{IN}}{R{2}}) 。该单元内置补偿方案，可补偿温度并消除奇次谐波失真，剩余的失真主要为偶次谐波，可通过THD修剪端子消除内部偏移，实现低失真运行。

3.4 运算放大器

运算放大器内部进行了补偿，其同相输入连接到 (V{REF}) ，反相输入连接到G单元输出并引出到外部。通过外部电阻 (R{3}) ，可仅由内部组件确定压缩器或扩展器的增益。输出级能够提供 ±20 mA 的输出电流，可实现较高的输出功率。

3.5 带隙参考

带隙参考为所有求和节点提供参考电压，为整流器和G单元提供稳压电源，为G单元提供偏置电流。这种参考具有低温度系数，可在较宽的温度范围内提供非常稳定的偏置。

四、应用电路

4.1 扩展器电路

将输入信号 (V{IN}) 同时应用于整流器和G单元的输入。当输入信号下降6.0 dB时，增益控制电流下降一半，增益也下降6.0 dB，输出电平 (V{OUT}) 下降12 dB，实现2:1的扩展。

4.2 压缩器电路

压缩器本质上是将扩展器置于运算放大器的反馈回路中。G单元仅提供交流反馈，通过两个 (R{DC}) 和 (C{PC}) 提供单独的直流反馈回路。 (R_{DC}) 的值决定了运算放大器输出的直流偏置。

五、订购信息

SA571有多种型号可供选择，不同型号在封装和是否为无铅封装上有所不同，同时部分型号已停产。在订购时，需要根据实际需求选择合适的型号，并注意查看相关的订购和运输信息。

六、总结

SA571 Compandor以其高性能、低失真、宽动态范围等优点，为电子工程师在设计增益控制电路时提供了一个优秀的选择。无论是在通信系统、音频系统还是其他领域，它都能发挥重要作用。在使用过程中，工程师需要根据具体的应用场景和需求，合理选择封装形式、调整外部组件，以充分发挥SA571的性能优势。你在实际设计中是否使用过类似的增益控制芯片呢？遇到过哪些问题？欢迎在评论区分享你的经验和见解。