選擇適合MEMS麥克風(fēng)前置放大應(yīng)用的運算放大器
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最后，也有些其他規(guī)格您不需要考慮。失調(diào)電壓通常被認(rèn)為是運算放大器的一個重要規(guī)格，但對于ac耦合的前置放大器應(yīng)用并不重要。
電路
基本的前置放大器電路有兩種設(shè)置：反相和同相。該部分描述了這兩種設(shè)置的使用和優(yōu)點。
此類電路不顯示電源或旁通電容。雖然電源盒旁通電路對于電路性能非常重要，但是顯示這兩個規(guī)格對于描述前置運算功能并不重要。大部分運算放大器的數(shù)據(jù)手冊和AN-202應(yīng)用筆記：IC放大器耦合、接地以及隨機(jī)應(yīng)變中都包含您設(shè)計需要的更多有關(guān)去耦電容和接地技術(shù)的信息。您還可以在運算放大器數(shù)據(jù)手冊中獲得更多其它更專業(yè)的音頻電路。
同相
同相前置放大器電路的輸出和其輸入極性相同。在信號極性需要保持不反相的應(yīng)用中此類電路非常適合。圖4顯示的配置中同相運算放大器電路的增益為G = (R1 + R2)/R1。
本文引用地址：http://www.104case.com/article/185476.htm
圖4.同相前置放大器電路
該配置具有非常高的輸入阻抗，因為麥克風(fēng)信號直接與運算放大器的同相輸入直接相連。C1是由于MEMS麥克風(fēng)輸出偏置在0.8V而采用的一個隔直電容。該電容在該配置中不需要非常大，因為運算放大器的輸入阻抗非常高。
相對于反相拓?fù)涠裕嗤負(fù)潆娐犯枰紤]共模抑制規(guī)格。在同相電路中，共模電壓能導(dǎo)致輸出信號的失真。運算放大器的數(shù)據(jù)手冊通常會顯示共模抑制比(CMRR)與頻率的關(guān)系供您參考，用于決定音頻頻帶中某個具體器件的性能。這對于反相電路則不是問題，因為反相電路沒有動態(tài)共模電壓；兩個輸入都保持為接地或虛擬接地。
反相
圖5顯示了一個反相運算放大器的電路。該電路的輸出極性與輸入反相，增益為G =-R2/R1。
圖5. 反相前置運算電路
反相電路的輸入阻抗等于R1。該電阻成了MEMS麥克風(fēng)輸出的電壓分壓器，因此需要選擇足夠高的電阻值不加載麥克風(fēng)的輸出，但也不能太大，為電路增加不必要的噪聲。模擬MEMS麥克風(fēng)通常具有200Ω的輸出阻抗。如果R1選為2.0 kΩ，則電壓分頻器會將麥克風(fēng)的輸出信號電平降低9%。
VOUT= (2.0 kΩ + 200Ω)/2.0 kΩ × VIN= 0.91 × VIN
直隔電容C1和R1會形成一個高通濾波器，因此C1應(yīng)選擇足夠大的值以確保該濾波器不會干擾麥克風(fēng)的輸入信號。ADMP504的低頻轉(zhuǎn)折點為100 Hz。如果R1再次選擇2.0 kΩ，則2.2μF電容將形成一個頻率為40 Hz的-3 dB高通濾波器，遠(yuǎn)低于麥克風(fēng)的轉(zhuǎn)折頻率。
選擇至少比麥克風(fēng)低一個頻程的截止頻率也是一項經(jīng)驗法則，除非需要實現(xiàn)一項具體的高通特性。
電壓跟隨器
如果反饋環(huán)路中沒有使用分壓電路，同相放大器也可用作電壓跟隨器。該電路非常適合在無法直接驅(qū)動較長的走線或者電纜時緩沖麥克風(fēng)的輸出，可能不需要為信號增加額外的增益。
圖6. 電壓跟隨器
電壓跟隨器可在反相極前端用作緩沖器。可能需要改配置以確保能在反相電路中使用更低值的電阻。在無緩沖的情況下，反相極的輸入阻抗可能需要采用更低值以實現(xiàn)目標(biāo)噪聲性能。在保證緩沖和第一個運算放大器的低輸出阻抗(與MEMS麥克風(fēng)相比)的情況下，電阻R1和R2能選擇較低值以避免給電路造成額外的噪聲。
圖7.帶反相放大器的電壓跟隨器緩沖器
差分輸出
MEMS麥克風(fēng)的單端輸出可用兩個運算放大器和兩個反相電路級(見圖8)以簡單的串聯(lián)結(jié)合轉(zhuǎn)換為一個差分信號。每級的輸出轉(zhuǎn)換為彼此反相，作為差分對。圖8顯示的電路中信號的放大發(fā)生在第一級，由R1和R2設(shè)置。電阻R3和R4值應(yīng)相等，為第二級提供單位增益。為了實現(xiàn)最佳性能，應(yīng)該采用1%電阻(或更好)來使兩級之間的誤差最小化。
該配置的一個缺點是一個輸出僅由一個放大器產(chǎn)生噪聲和失真，而第二級輸出則有兩個放大器產(chǎn)生噪聲和失真。第二個小問題是每個放大器之間存在一個非零延遲，因此差分輸出的兩側(cè)并非完全對齊。然而，這可能對差分信號的性能影響極小。
圖8. 差分輸出電路
圖7顯示的電壓跟隨器和反相放大器電路還可用于實現(xiàn)一個增益為1的差分信號。同相輸出可以從電壓跟隨器放大器輸出提取，反相輸出可以從反相放大器的輸出提取。在該配置中，R1和R2的值應(yīng)保持相同以達(dá)到統(tǒng)一的增益。
差分放大器，例如AD8273，也可用于實現(xiàn)單端至差分電路，從前文提到的問題方面考慮也可能具有更出色的性能。
圖9顯示了AD8273配置為單端至差分放大器。每個放大器配置為G=2，因此差分增益為4×。
圖9. AD8273單端轉(zhuǎn)差分配置，G = 4
運算放大器的選擇
ADI提供大量適合麥克風(fēng)前置放大應(yīng)用的各種運算放大器產(chǎn)品。圖1顯示了部分此類元件的規(guī)格，根據(jù)電壓噪聲進(jìn)行分類。不管您的應(yīng)用旨在實現(xiàn)最佳性能還是您需要設(shè)計一個性價比高的電路，總有一款應(yīng)用放大器能夠滿足您的需要。
性能仿真
ADI提供了用于仿真模擬電路的工具。NI Multisim器件評估板的ADI版本可用于快速建立一個電路并顯示其性能規(guī)格，包括頻率響應(yīng)和噪聲電平。該Multisim版本包含了大部分該庫中討論的大部分運算放大器，可以無需從不同源下載和管理SPICE模型就實現(xiàn)快速仿真。不同器件，包括運算放大器，可置入電路或取出以比較不同器件的性能。
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