探索SSM2315：无滤波器、高效率的单声道3W D类音频放大器

在当今的电子设备中，音频放大器是不可或缺的一部分。对于移动设备、便携式电子产品等，需要一款高性能、高效率且占用空间小的音频放大器。今天，我们就来深入了解一下Analog Devices推出的SSM2315单声道3W D类音频放大器。

文件下载：SSM2315CBZ-REEL.pdf

一、产品特性亮点

1. 无滤波器设计与调制技术

SSM2315采用了Σ - Δ调制的无滤波器D类放大器架构。这种设计大大减少了外部组件数量，节省了电路板空间，降低了系统成本。与传统的脉宽调制（PWM）不同，Σ - Δ调制不会在AM频段产生带有许多谐波的尖锐峰值，有效降低了高频频谱分量的幅度，减少了扬声器和长电缆走线可能辐射的EMI发射。对于长度小于10cm的双绞线扬声器电缆，无需外部EMI滤波。而且，由于Σ - Δ调制的固有扩频特性，在使用多个SSM2315放大器的设计中，无需进行振荡器同步。

2. 高效能表现

在5.0V电源下，该放大器能够向3Ω负载提供3W的功率，向8Ω负载提供1.4W的功率（THD < 1%）。在5.0V电源、1.4W输出到8Ω扬声器时，效率高达93%，展现出了出色的能量转换效率。

3. 宽电源电压范围与低功耗

SSM2315支持2.5V至5.5V的单电源操作，具有广泛的适用性。其超低关机电流仅为20nA，在关机状态下能有效降低功耗，延长设备的电池续航时间。

4. 保护功能与音质优化

具备短路和热保护功能，确保了设备的可靠性和稳定性。同时，内置的“噗噗”声和“咔嗒”声抑制电路，能最大程度减少开启和关闭时输出端的电压毛刺，降低激活和停用过程中的可听噪声，提升了音频的纯净度。

5. 封装与增益设置

采用9球、1.5mm × 1.5mm的WLCSP封装，体积小巧，适合对空间要求较高的应用。默认固定增益为6dB，用户也可以通过一对外部电阻来调整增益，增加了设计的灵活性。

二、应用领域广泛

SSM2315适用于多种便携式设备，如手机、MP3播放器、便携式游戏机、便携式电子产品以及教育玩具等。其高性能和小尺寸的特点，能够满足这些设备对音频质量和空间的要求。

三、技术参数解读

1. 输出功率与效率

在不同的负载和电源电压条件下，SSM2315展现出了不同的输出功率。例如，在5.0V电源、8Ω负载、THD = 1%、f = 1kHz、20kHz带宽的条件下，输出功率为1.48W；在5.0V电源、3Ω负载、THD = 10%、f = 1kHz、20kHz带宽的条件下，输出功率可达2.14W。同时，在5.0V电源、1.4W输出到8Ω扬声器时，效率为93%；在5.0V电源、3W输出到3Ω负载时，效率为85%。

2. 其他关键参数

• 信噪比（SNR）：在增益为6dB、A加权、Po = 1.4W、RL = 8Ω的条件下，SNR > 103dB，表明其具有良好的音频质量。
• 平均开关频率：fsw为280kHz。
• 电源抑制比（PSRR）：在VaPPLE = 100mV at 217Hz、输入交流接地、CN = 0.1μF的条件下，PSRRGSM为60dB。

四、工作原理剖析

1. 整体概述

SSM2315的无滤波器调制方案依靠扬声器线圈的固有电感以及扬声器和人耳的自然滤波来完全恢复方波输出的音频成分。通过Σ - Δ调制确定输出设备的开关模式，带来了诸多优势。

2. 增益设置

默认增益为6dB，用户可通过外部电阻调整增益，计算公式为：External Gain Settings = 160kΩ / (80kΩ + REXT)。

3. “噗噗”声和“咔嗒”声抑制

音频放大器在关机激活或停用过程中可能会出现电压瞬变，低至10mV的电压瞬变就可能在扬声器中产生可听的“噗噗”声。SSM2315的抑制架构能够减少这些输出瞬变，实现无噪声的激活和停用。

4. 输出调制

采用三级Σ - Δ输出调制，每个输出可以在GND到VDD之间摆动。在没有输入信号时，理想情况下输出差分电压为0V，但由于实际存在噪声源，会根据需要产生差分脉冲。当输入信号时，输出脉冲会跟随输入电压，通过提高输入信号电平来增加差分脉冲密度。

五、设计要点提示

1. 布局设计

随着输出功率的增加，需要注意PCB走线和电线的布局。应使用短而宽的PCB轨道，以减少电压降和电感。确保轨道宽度每英寸至少为200mil，使用1oz或2oz的铜PCB走线以进一步降低IR降和电感。同时，要遵循正确的接地准则，使用大的接地平面，将关键模拟路径与高干扰源隔离，高频电路与低频电路分开。多层印刷电路板的设计可以有效减少EMI发射并提高对RF场的抗干扰能力。

2. 输入电容选择

如果输入信号的偏置在1.0V至VDD - 1.0V之间，SSM2315不需要输入耦合电容。但如果输入信号不在此推荐的输入直流共模电压范围内、需要进行高通滤波或使用单端源，则需要输入电容。输入电容和输入电阻会形成一个高通滤波器，其转角频率由公式fC = 1 / (2π × RIN × CIN)确定。

3. 电源去耦

为了确保高效率、低总谐波失真（THD）和高PSRR，需要进行适当的电源去耦。使用一个约4.7μF的优质、低ESL、低ESR电容来旁路低频噪声到接地平面，对于高频瞬态噪声，使用一个0.1μF的电容尽可能靠近设备的VDD引脚。

六、总结

SSM2315是一款性能出色的单声道D类音频放大器，其无滤波器设计、高效率、宽电源电压范围、保护功能以及灵活的增益设置等特点，使其成为便携式设备音频放大的理想选择。在设计过程中，工程师需要根据其特性和参数，合理进行布局、电容选择和电源去耦，以充分发挥其性能优势。你在实际应用中是否遇到过类似音频放大器的设计挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。