探索SSM2019音頻前置放大器：性能、應用與設計要點

在音頻設備和相關電子系統的設計中，一款高性能的音頻前置放大器至關重要。今天，我們將深入探討Analog Devices公司的SSM2019音頻前置放大器，了解它的特性、應用以及設計過程中的關鍵要點。

文件下載：SSM2019.pdf

一、SSM2019的卓越特性

1. 出色的噪聲性能

SSM2019具有優異的噪聲表現，典型電壓噪聲密度在1kHz時僅為1nV/√Hz，噪聲系數達1.5dB。其超低噪聲特性部分得益于輸入晶體管在高集電極電流下工作，不過這也使得電流噪聲與集電極電流的平方根成正比。在低增益前置放大器應用中，電壓和電流噪聲的影響可忽略不計。

2. 超低失真

在整個音頻頻段，當增益G = 100時，總諧波失真（THD）小于0.01%，能為音頻信號提供高度純凈的放大。

3. 寬帶寬與高轉換速率

帶寬可達1MHz（G = 100時），轉換速率在G = 10時為16V/μs，能夠快速響應音頻信號的變化，保證信號的完整性。

4. 其他特性

它還具備10Vrms滿量程輸入（G = 1，VS = ±18V）、單位增益穩定、真正的差分輸入、亞音頻1/f噪聲拐點等特性。并且只需一個外部元件，成本低廉，工作溫度范圍為 -40°C至 +85°C。

二、應用領域廣泛

SSM2019適用于多種音頻和相關領域，包括音頻混音臺、對講機/尋呼系統、雙向無線電、聲納以及數字音頻系統等。在專業和消費音頻設備中，可作為麥克風前置放大器和總線求和放大器；在聲納等應用中，能滿足對低噪聲、高增益儀器放大器的需求。

三、功能框圖與引腳連接

1. 功能框圖

從功能框圖可以看出，SSM2019有正負電源輸入（V+、V -）、差分輸入（+IN、 -IN）和輸出（OUT）等引腳，內部通過多個5k電阻和增益設置電阻（RG1、RG2）實現信號處理。

2. 引腳連接

它有8引腳PDIP（N后綴）、8引腳窄體SOIC（RN后綴）和16引腳寬體SOIC（RW后綴）三種封裝形式，不同封裝的引腳定義有所不同，在設計時需根據具體封裝選擇合適的連接方式。

四、關鍵參數詳解

1. 增益設置

SSM2019只需一個外部電阻RG即可設置電壓增益，增益公式為 (G=frac{10 k Omega}{R_{G}}+1) 。電壓增益范圍為1至3500，單位增益應用時無需增益設置電阻。不同增益對應的RG值可參考相關表格，為方便設計，推薦使用金屬膜或線繞電阻以獲得最佳效果。

2. 噪聲性能

音頻前置放大器通道的總噪聲可通過公式 (E{n}=sqrt{e{n}^{2}+left(i{n} R{S}right)^{2}+e_{t}^{2}}) 計算。以典型麥克風阻抗150Ω為例，在1kHz時總輸入參考噪聲為1.93nV/√Hz，極低的噪聲讓用戶幾乎感覺不到它的存在。

3. 動態響應

轉換速率（SR）和小信號帶寬（BW - 3dB）是衡量動態響應的重要指標。在不同增益下，SSM2019的轉換速率和帶寬表現良好，如G = 10時，SR為16V/μs，BW - 3dB為1600kHz。

4. 電源抑制比（PSR）

在不同增益和電源電壓范圍（±5V至±18V）下，電源抑制比表現出色，能有效抑制電源波動對輸出信號的影響。

5. 輸入輸出特性

輸入電壓范圍、輸入電阻、輸出電壓擺幅、輸出失調電壓、最大容性負載驅動能力和短路電流限制等參數，都為電路設計提供了重要依據。

五、設計注意事項

1. 增益設置電阻

增益精度由外部增益設置電阻RG的公差和SSM2019的增益方程精度共同決定，總增益漂移還與外部和內部電阻的漂移失配有關（典型值為20ppm/°C）。

2. 輸入保護與偏置

輸入晶體管的基極 - 發射極結兩端有保護二極管，可防止意外雪崩擊穿；還有額外的鉗位二極管防止輸入超出電源范圍。為確保輸入在共模范圍內，需注意為輸入提供直流偏置連接，可采用接地換能器一側或使用兩個電阻設置偏置點的方法。同時，為保證穩定性，應在輸入兩端直接放置射頻旁路電容。

3. 參考端子

輸出信號相對于參考端子指定，通常連接到模擬地。參考端子可用于失調校正或電平轉換，但參考源電阻會按 (5 k Omega / R_{REF}) 的比例降低共模抑制比。

4. 共模抑制

理想情況下，麥克風前置放大器應只響應兩個輸入信號的差值，抑制共模電壓和噪聲。實際應用中，共模抑制比（CMR）是衡量其抑制共模信號能力的重要指標。

5. 靜電放電（ESD）防護

SSM2019是靜電放電敏感設備，盡管有專有的ESD保護電路，但仍需采取適當的ESD預防措施，避免性能下降或功能喪失。

六、典型應用電路

1. 幻象供電麥克風電路

如圖4所示，SSM2019可用于幻象供電麥克風電路，Z1 - Z4為其提供瞬態過壓保護，防止麥克風插拔時對芯片造成損壞。

2. 總線求和放大器

除作為麥克風前置放大器外，SSM2019還可作為低噪聲求和放大器。通過特定電路可將多個中等阻抗輸出相加，產生高有效噪聲增益。在設計時，可根據對直流偏移的要求選擇合適的電路方案。

七、封裝與訂購信息

SSM2019有8引腳PDIP和16引腳SOIC等多種封裝形式，提供不同的溫度范圍和封裝選項供用戶選擇。在訂購時，需根據具體需求選擇合適的型號。

總之，SSM2019音頻前置放大器憑借其卓越的性能和廣泛的應用場景，為電子工程師在音頻和相關領域的設計提供了一個優秀的選擇。在實際設計過程中，充分了解其特性和設計要點，能幫助我們更好地發揮其優勢，實現高質量的音頻系統設計。大家在使用SSM2019的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或有獨特的設計經驗呢？歡迎在評論區分享交流。