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发表于 2020-11-20
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! V& H8 V- p) u* Q4 n g这么酷，采用极致小巧的运算放大器设计麦克风电路！ P2 ]0 d4 V5 D) ~( n
$ ?5 f" _, L4 L* V* g" P8 w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。
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; q% G3 _7 E* A. i4 e& D' v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。
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图 1：同相驻极体麦克风放大器电路
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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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# Y9 t( X5 k( e, m; j& c" t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。3 p; H( h/ N% ]2 g/ p
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V% {- C( W! X/ q1 l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。
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图 2：麦克风前置放大器的传输功能# Y1 ^3 q+ }, a
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6 D( q6 `. a6 `3 Z8 o9 T" r, O4 g5 w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。* V$ x2 c1 z4 d+ A
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图 3：安装6mm直径驻极体麦克风背面的
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7 W- f H- ?' _, U麦克风前置放大器布局
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图 4：PCB设计的三维视图，3 m4 f: `1 {( i7 o2 _
7 V& l* ~$ N3 K' K, }: z显示了麦克风和PCB的不同角度/ U3 `9 h* y) e# P5 ~) R( S
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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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