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        在雙線式麥克風電路中使用MEMS麥克風

        作者: 時間:2013-12-04 來源:網絡 收藏

          簡介

          如今MEMS麥克風正逐漸取代音頻電路中的駐極體電容麥克風()。和MEMS這兩種麥克風的功能相同,但各自和系統其余部分之間的連接卻不一樣。本將會介紹這些區別,并根據一個簡單的基于MEMS麥克風的替換電路提供設計詳情。

          音頻電路的連接

          ECM有兩根信號引線:輸出和接地。麥克風通過輸出引腳上的直流偏置實現偏置。這種偏置通常通過偏置電阻提供,而且麥克風輸出和前置放大器輸入之間的信號會經過交流耦合。

          圖1. ECM電路連接

          ECM的常見用例是在手機上連接的耳機中用作內聯式語音麥克風。這種情況下,耳機和手機之間的連接器有四個引腳:左側音頻輸出、右側音頻輸出、麥克風信號以及接地。在這種設計中,ECM的輸出信號和直流偏置電壓在同一信號線路中傳輸。偏置電壓源通常約為2.2 V。

          MEMS麥克風區別

          模擬MEMS麥克風的信號引腳上不使用輸入偏置電壓。但是,它是一種三端器件,有不同的引腳分別用于電源、接地和輸出。VDD引腳的供電電壓一般為1.8至3.3 V。MEMS麥克風的信號輸出通過直流電壓實現偏置,一般等于或接近0.8 V。在設計中,該輸出信號通常會經過交流耦合。

          相對于ECM,使用MEMS麥克風的關鍵優勢在于它的電源抑制(PSR)性能更強。MEMS麥克風的PSR通常至少為70 dBV,ECM卻根本沒有電源抑制能力,因為偏置電壓直接通過電阻連接至麥克風。

          用MEMS麥克風取代ECM時需要進行的電路更改

          對于原本圍繞ECM設計的系統,改用MEMS麥克風時面臨的基本難題是,電源和麥克風輸出沒有單獨的信號,例如使用耳機式麥克風時。如果對電路進行一些小的更改,就可以在此類設計中使用MEMS麥克風。首先,必須將信號鏈中直流偏置提供的下游信號與麥克風的輸出信號隔離。其次,必須將此直流偏置用于為MEMS麥克風供電,而且不能讓麥克風的輸出信號干擾電源。直流偏置的隔離可通過交流耦合電容實現,MEMS麥克風的電源可通過仔細設計的電路提供,該電路充當分壓器和低通。以下設計中使用了ADMP504 MEMS麥克風作為示例。其中用到了一個2.2 k 偏置電阻。

          圖2. 將一根線用于電源和輸出信號的MEMS麥克風

          圖2顯示了一個實現上述功能的設計示例。在耳機的設計中,耳機連接器左側的電路部分將會在實際耳機中,2.2 k偏置電阻和1 F交流耦合電容則在源設備(例如智能手機)中。電阻R1和R偏置形成分壓器,MEMS麥克風將V偏置電壓降至VDD引腳的供電電壓。根據V偏置、R偏置和所需VDD電壓的值,電阻R1可能需要非常小,如下例所示。要計算所需的串聯電阻(R偏置 + R1),可將麥克風建模為一個電阻,將有固定電流從中流過。VDD = 1.8 V時,ADMP504的典型供電電流為180 A。根據歐姆定律,VDD上的電壓為1.8 V時,該麥克風可建模為一個10 k 的電阻。要求解合適的電阻R1值,所用的分壓器公式為:

          [麥克風VDD] = [偏置電壓] ×(10 k /(10 k + R1 + R偏置))

          根據此公式可以算出,一個2.2 k 的R偏置電阻和一個499的R1電阻會從2.2 V偏置電壓分出1.73 V到麥克風的VDD上。在選擇R1值時,需要進行權衡取舍;如下所示,此值太大會導致VDD過小,但為了防止C2過大,又不能讓此值太小。 如今MEMS麥克風正逐漸取代音頻電路中的駐極體電容麥克風(ECM)。ECM和MEMS這兩種麥克風的功能相同,但各自和系統其余部分之間的連接卻不一樣。本將會介紹這些區別,并根據一個簡單的基于MEMS麥克風的替換電路提供設計詳情。

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        關鍵詞: 濾波器 ECM 應用筆記

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