探索 onsemi SA575 低电压压扩器：特性、应用与设计要点

在电子工程领域，低电压应用的需求日益增长，而 onsemi 的 SA575 低电压压扩器为这类应用提供了一个出色的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款器件。

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一、SA575 概述

SA575 是一款专为低电压应用设计的精密双增益控制电路。它的通道 1 是扩展器，通道 2 则可以配置为扩展器、压缩器或自动电平控制器（ALC）。其具有以下显著特点：

1. 宽工作电压范围：工作电压范围为 3.0 V 至 7.0 V，能适应多种电源环境。
2. 参考电压：参考电压为 (100 mV_{RMS}=0 ~dB)，为信号处理提供了稳定的基准。
3. 丰富的运算放大器：每个通道都有一个专用的求和运算放大器，还有两个额外的未使用运算放大器，可用于滤波、预加重/去加重或缓冲等应用。
4. 驱动能力：具备 600 的驱动能力，能有效驱动负载。
5. 电源灵活性：支持单电源或双电源操作，且输入/输出摆幅能力强。
6. 环保特性：该器件无铅、无卤素/无溴化阻燃剂，符合 RoHS 标准。

二、应用领域

SA575 的应用十分广泛，涵盖了多个领域：

1. 便携式通信：如蜂窝无线电、无绳电话等，能在低电压下实现稳定的信号处理。
2. 消费音频：包括便携式广播混音器、无线麦克风等，可提升音频质量。
3. 其他应用：如调制解调器、电子管风琴、助听器等，为这些设备的性能提升提供支持。

三、引脚功能与连接

SA575 采用 TSSOP - 20 封装，其引脚功能丰富多样。例如，+VIN1 和 -VIN1 分别为通道 1 的非反相和反相输入，VOUT 为输出引脚。详细的引脚功能描述如下表所示：	Pin	Symbol	Description
1	+VIN1	Non−Inverted Input 1
2	-VIN1	Inverted Input 1
3	VOUT	Output
4	RECT. IN1	Rectifier 1 Input
5	CRECT1	External Capacitor Pinout for Rectifier 1
6	SUM OUT1	Summation Output 1
7	COMP. IN1	Compensator Pin
8	VREF	Voltage Reference
9	GAIN CELL IN1	Variable Gain Cell Input 1
10	GND	Ground
11	GAIN CELL IN2	Variable Gain Cell Input 2
12	SUM NODE 2	Summation Node 2
13	COMP. IN2	Compensator Pin
14	SUM OUT2	Summation Output 2
15	CRECT2	External Capacitor Pinout for Rectifier 2
16	RECT. IN2	Rectifier 2 Input
17	VOUT2	Output 2
18	-VIN2	Inverted Input 2
19	+VIN2	Non−Inverted Input 2
20	VCC	Positive Power Supply

四、电气特性

（一）最大额定值

在使用 SA575 时，需要注意其最大额定值。例如，单电源电压 VCC 范围为 -0.3 至 8.0 V，施加到任何其他引脚的电压 VIN 范围为 -0.3 至 (VCC + 0.3) V。超过这些额定值可能会损坏器件，影响其功能和可靠性。

（二）直流电气特性

典型值在 (T_{A}=25^{circ} C) 下测量，最小和最大值适用于 -40 至 +85°C 的全工作温度范围（SSOP 封装仅在 +25°C 下测试）。以下是一些重要的电气特性：

1. 电源电压：范围为 3.0 至 7.0 V，典型值为 5.0 V。
2. 电源电流：无信号时为 3.0 至 5.5 mA，典型值为 4.2 mA。
3. 参考电压：在 (V_{CC}=5.0 ~V) 时，为 2.4 至 2.6 V，典型值为 2.5 V。
4. 总谐波失真：在 1.0 kHz、0 dB、带宽为 3.5 kHz 时，最大为 1.5%。
5. 输出电压噪声：带宽为 20 kHz、(R_{S}=0) 时，最大为 30 μV。

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五、功能描述

SA575 具有两个通道，可构成完整的压扩系统。左通道 A 可配置为 1:2 扩展器，右通道 B 可配置为 2:1 压缩器、1:2 扩展器或 ALC。每个通道都包含整流器单元、可变增益单元、求和放大器和 (V_{REF}) 单元等基本压扩构建块。

此外，SA575 还配备了两个额外的高性能未使用运算放大器，可用于信号处理的多种应用。其应用演示板的完整原理图如图 5 所示，通过开关 (S{1}) 可在压缩器和 ALC 模式之间切换，跳线 (J{1}) 和 (J_{2}) 可选择是否包含额外的运算放大器进行信号调理。

六、不同模式下的配置与性能

（一）扩展器模式

典型的扩展器配置如图 2 所示，可变增益单元和整流器单元位于信号输入路径。(V{REF}) 始终为 1/2 (V{CC})，以提供最大的动态范围而不产生削波。输入通过 (C{5}) 交流耦合，输出通过 (C{3}) 交流耦合。扩展器增益表达式和攻击/释放时间常数分别由以下公式给出： [Expandor gain =left(frac{4 V{I N}(avg)}{3.8 k Omega × 100 mu A}right)^{2}] [where V{I N}(avg)=0.95 V{I N(RMS)}] [tau{R}=tau{A}=10 k Omega × C{RECT}=10 k Omega × C_{4}]

在扩展器模式下，典型的输入动态范围为 -34 dB 至 +12 dB，典型的单位增益电平在 1.0 kHz 输入 0 dB 时为 0.5 dB，典型的跟踪误差在 -30 至 +10 dB 输入范围内为 0.1 dB。

（二）压缩器模式

典型的压缩器配置如图 3 所示，整流器单元和可变增益单元位于反馈路径。(R{6}) 和 (R{7}) 为求和放大器提供直流反馈。输入通过 (C{12}) 交流耦合，输出通过 (C{8}) 交流耦合。压缩器增益表达式和攻击/释放时间常数分别为： [Compressor gain =left[frac{3.8 k Omega × 100 mu A}{4 V{IN}(avg)}right]^{1 / 2}] [where V{IN}(avg)=0.95 V{IN(RMS)}] [tau{B}=tau{A}=10 k Omega × C{RECT}=10 k Omega × C_{4}]

在压缩器模式下，典型的输入动态范围为 -42 dB 至 18 dB，跟踪误差为 +0.1 dB，典型的单位增益电平为 0.5 dB。

（三）自动电平控制（ALC）模式

典型的 ALC 电路配置如图 4 所示，与压缩器原理图相似，但整流器单元的输入来自输入路径而非反馈路径。输入通过 (C{12}) 和 (C{13}) 交流耦合，输出通过 (C{8}) 交流耦合。ALC 增益表达式和攻击/释放时间常数分别为： [ALC gain =frac{3.8 k Omega × 100 mu A}{4 V{IN}(avg) }] [tau{B}=tau{A}=10 k Omega × C{B E C T}=10 k Omega × C{9}]

在 ALC 模式下，典型的输入动态范围为 -42 dB 至 +8.0 dB，典型的输出偏差在标称输出 0 dB 附近为 0.2 dB。当输入大于 +9.0 dB 时，求和放大器有时会出现高频振荡，可通过降低 (R{6}) 和 (R{7}) 的值、在引脚 13 的 (C_{12}) 串联限流电阻或在求和放大器的输入和输出（引脚 12 和 14）之间添加 22 至 30 pF 的补偿电容来解决。采用这些建议后，典型的 ALC 模式输入范围可增加到 +18 dB，动态范围超过 60 dB。

七、总结与思考

SA575 低电压压扩器凭借其丰富的功能和出色的性能，为低电压应用提供了强大的支持。在设计过程中，我们需要根据具体的应用需求选择合适的模式，并合理配置外部元件，以达到最佳的性能。同时，对于可能出现的问题，如 ALC 模式下的高频振荡，我们要掌握相应的解决方法。大家在实际应用中是否遇到过类似的问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。

希望通过本文的介绍，能帮助电子工程师们更好地了解和应用 SA575 低电压压扩器。如果你对这款器件还有其他疑问，欢迎随时查阅 onsemi 的官方文档或联系当地的销售代表获取更多信息。