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[音频] 采用极致小巧的运算放大器设计麦克风电路!

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发表于 2020-11-20 22:26:13 | 显示全部楼层 |阅读模式

( Q" ], c9 Z1 \, f* Q  x) s这么酷,采用极致小巧的运算放大器设计麦克风电路!) L) x, m* K& T) L5 ~
: Z5 o' z9 x* t0 {( z
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。: v# f0 a& f3 I8 V

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# O1 V: {! m/ |  F8 c: A) M* w! a- C4 ?! K/ w* `
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。$ j5 ^' L5 \% y/ M! t8 `0 M  ]
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+ ?8 t- B0 J7 ?3 j, j7 l. k! R; ]4 @图 1:同相驻极体麦克风放大器电路& k- n3 `! i" B8 b1 s$ s8 E
3 W. }+ b2 L* U9 }

5 T2 P/ z: Q8 X, J8 j6 ~# x+ M1 |9 ^! \% x# i& L) i
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。
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+ n/ k6 P7 J6 a3 w6 f6 o: \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。
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. ~2 D* {1 J: |' U# c. T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。5 s8 E8 w. W* b! p/ D% A

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图 2:麦克风前置放大器的传输功能
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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。, J0 C3 ?' \& I/ d) J

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/ R- O) p+ L0 p+ f" r图 3:安装6mm直径驻极体麦克风背面的: A. K( ~9 V5 A2 r: Y9 K

! c& Y' D8 |3 L9 X. R7 b% J麦克风前置放大器布局9 W2 h* G9 }0 @4 G& y

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5 g  ~) N5 T" b2 _& t图 4:PCB设计的三维视图,; O" ]+ s8 |/ r6 `( |+ d

% m' q9 @- m: |- Y显示了麦克风和PCB的不同角度7 m* w3 N& ~' f
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1 }, R; F6 x0 ?; Z$ p* p) O: n' F- i
8 o$ Y3 m: L* i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”。
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