|
|
发表于 2020-11-20
|
|阅读模式
, V' q; n. X1 ?
这么酷，采用极致小巧的运算放大器设计麦克风电路！
2 G7 e/ G0 q7 p! m$ d' ~1 b & K1 F5 S2 ^3 |% o$ L. f
语音指令是许多应用中的一种流行功能，也是让产品具备差异化市场竞争力的优势之一。麦克风是任何基于语音或语音的系统不可缺少的主要组成部分，而驻极体麦克风凭借体积小、低成本和高性能的特点成为了此类应用的常见选择。* a8 @5 h5 D8 t6 `9 h' [
# r3 k. t+ n. R9 c/ J- |& {
1 l- W; @. r8 a |- t0 w' H& ~4 r7 u: ^% G: o. x/ t% E8 x
本文围绕高性能、成本敏感型电路的主题，为大家介绍体积极小、成本优化的驻极体电容式麦克风前置放大器的设计。该设计采用TLV9061，这是一枚极致小巧的运算放大器（op amp），采用0.8mm×0.8mm超小外形无引线（X2SON）封装技术。驻极体麦克风放大器的电路配置如图1所示。* E K0 i& X; m( M# K
~ e7 E/ C/ M% P
5 J' u) ]6 I$ ^3 b9 u
# |9 U" [- h5 L( H6 b6 d, j) v! e
. w6 X4 t' [0 J# g7 J图 1：同相驻极体麦克风放大器电路
8 o2 e2 ^$ E5 ?1 |7 Z1 _1 K2 D/ J: J$ t- Y! K* w5 n) K; U+ y5 i
, p" ~( N9 U) |: Z; S6 f( u
. S% M- i1 c( a大多数驻极体麦克风都采用结型场效应晶体管（JFET）进行内部缓冲，JFET采用2.2kΩ上拉电阻进行偏置。声波移动麦克风元件，导致电流流入麦克风内部的JFET漏极。JFET漏极电流在R2上产生电压降，该电压降交流耦合，偏置到中间电源并连接到运算放大器的IN+引脚。运算放大器配置为带通滤波的同相放大器电路。利用预期的输入信号电平和所需的输出幅度和响应，您可以计算电路的增益和频率响应。
5 R8 Q. Y1 `: Q: i$ Q- s+ f0 h5 J3 C a* M1 K4 O$ o4 {5 K8 P7 V
( Z6 M2 V: `! c: j" U
1 t$ t3 G M2 U+ a: ~3 X1 q; J让我们来看一个电路的示例设计，用于+ 3.3V电源，输入为7.93mVRMS，输出信号为1VRMS。7.93mVRMS对应于具有麦克风的0.63Pa声级输入和-38dB声压级（SPL）灵敏度规格。带宽目标是将300Hz的常见语音频率带宽传递到3kHz。: {. e2 j# @: r- Q M5 x
& ^5 t3 h2 g% O- S* i" I
5 m4 C8 X3 V+ S6 a [) q/ _
+ b( L- Q/ ^# W0 L1 z2 Y/ m- M/ n
& b7 D8 J3 L( g. p
% @; q {$ J! N) Q3 L- h6 q图2显示了麦克风前置放大器电路的测量传递函数。由于高通滤波器和低通滤波器之间的窄带宽和衰减，平带增益仅达到41.8dB或122.5V / V，略低于目标。0 V5 l, ]/ E, T+ d( `
, J6 J$ c7 i* L
8 t# |/ H {: I5 Q& ]图 2：麦克风前置放大器的传输功能
5 l) @6 p, M# U' E1 H0 a9 n& V0 q0 ]# d8 Z2 a
- {2 R {' n6 o9 F( d
, P0 @* o- x, m& Y7 x7 q! ]- t% i采用 TI 的X2SON封装技术将电路安装到6mm直径驻极体麦克风的背面。由于安装尺寸限制，需要采用非常小的运算放大器：TLV9061的占位面积仅0.8mm×0.8mm。此外，0201小尺寸电阻和电容最大限度地减小印刷电路板（PCB）面积，您也可以采用更小的电阻来进一步减小该面积。印刷电路板布局如图3和图4所示。) A8 h2 @6 B" ?- P5 u5 Z0 \
) O6 Z$ i' x/ Q2 y1 D
( Q1 h" ]4 |: p6 ]+ }8 Z& G
( W' Z% b$ x' `
0 E- N5 Y# R/ x9 d% z+ ~- Q& ~& L图 3：安装6mm直径驻极体麦克风背面的1 G6 K+ P0 t8 @3 n- M
* s5 T1 e5 H* g0 o" J3 W4 H% O
麦克风前置放大器布局
& e$ Y r4 _8 s# j G6 K# p! R% m, T) ]. g( K+ K
" u% N0 K( k m L
9 @0 [# p# y( P5 T/ r3 x: p9 O: a3 o" N4 s @2 c- v
图 4：PCB设计的三维视图，9 k3 K7 }$ `& I; U
8 f( [! [- e1 r/ C4 z
显示了麦克风和PCB的不同角度7 X$ h1 j$ e8 W9 \: @ E. W
& d8 o9 c0 l! A1 V! m2 j5 V" Y. J& h5 ^9 Y1 |
! B8 q4 i5 `) \3 L7 w8 d$ N* W
您可以调整上述设计步骤，以满足不同的麦克风灵敏度要求。在使用TLV9061等小型放大器进行设计时，您可以登陆 TI 官网，参考“采用TI X2SON封装进行设计和制造中的布局最佳实践”。 |
|
