音频问题分析方法之7MIC电路分析.doc

0e8277e312e01de6053f11475041f7f4.pdf 音频问题分析方法之七：MIC电路分析杨金胜摘 要: 介绍了驻极体MIC的原理，对MIC的电路进行了分析，输出电压的计算，然后是MIC电路中各元件的取值。关键词: 驻极体MIC有全指向性和单指向性两种。单指向的MIC的特点是只能接收某一个方向的声音，根据使用的经验，这种MIC有些缺陷，本底噪声大、声音单薄（低频不足）、随着距离的增加，接收灵敏度急剧衰减。全指向MIC，没有方向性，上下左右周围所有的声音的能拾取，音质好。MIC的灵敏度，随着灵敏度的提高，本底噪声会变大。灵敏度大于-30dB的MIC，噪声明显，灵敏度-43dB左右的效果很好。【驻极体MIC的内部电路分析】驻极体电容式麦克风，内部结构如图1中的虚线框中所示。MIC内部有一个膜片电容，膜片电容上充有一定的电荷，电荷不会丢失，一个FET场效应管。膜片随着外部声压振动，电容变化导致G-S两端的电压变化，随之D-S之间的电流变化，电流的变化导致RL上的分压变化，于是D-S之间电压差变化，这就是MIC的输出电压交流信号。D-S之间的变化电压差和偏置电阻RL上变化的分压的变化量相等，都等于MIC输出的交流信号电压。图1 MIC内部结构MIC电路的交流等效电路，如图2所示。膜片电容上充有一定的电荷，有直流电压，为场效应管提供栅源电压，使其工作在线性放大区（饱和区）。很大，膜片电容上的电压不会放电。相对RL来说很大，可以忽略， 所以MIC的输出电压：；可以看到，MIC的输出电压和偏置电阻RL成正比，和膜片电容的电压也称正比。膜片电容的电压和声压成正比，所以MIC的输出电压和声压成正比。图2 MIC电路的交流等效电路【MIC的指标及含义】一个典型的的MIC的性能指标如下灵敏度-432dB RL=2.2K Vs=2.0V(DC) ( 1KHz 0dB=1Vrms/Pa)输出阻抗Max. 2.2K 1KHz (RL=2.2K)静态电流Max.0.5mA RL=2.2K Vs=2.0V (DC)最大声压级115dB S.P.L灵敏度衰减2.0V-1.5V Sensitivity Variation less than 3dB MIC所有的指标，都是在2V直流偏置电压，2.2K的偏置电阻（或称负载电阻）的条件下测试的，这也是推荐的MIC工作条件。正常声音的声压级是0dB SPL 120dB SPL；人正常说话的声音是50dB SPL 115dB SPL。SPL是声压级的简称，将分贝换算成帕，1Pa=94dB SPL，所以115dB SPL=11.22Pa。MIC的灵敏度是-43dB，由于0dB=1Vrms/Pa，所以-43dB的灵敏度可以表示为7.08mWrms/Pa。在最大声压11.22Pa的情况下，MIC的输出电压是11.22*7.08=79.4mVrms。也就是MIC最大输出的电压有效值是79.4mV，最大峰值是112mV，最大峰峰值是224mV。MIC的静态电流最大值是0.5mA，按照0.5mA来计算，MIC两端的直流电压是：2-2.2K*0.5mA=0.9V。 （实际上，根据实测，MIC的静态电流并没有这么大，静态电流0.2mA左右，MIC两端的直流电压1.5V左右。）【MIC电路的设计】图3所示，是一个典型的差分式设计，如果VBIAS=2.4V，那么这个电路的电阻电容怎么取值呢？R1和C1组成一个低通滤波器，用于滤除TDD噪声，截止频率应该远小于217Hz。假设MIC的静态电流是0.5mA，V1点的电压是2V。MIC推荐的偏置电阻是2.2K，在电路中串联的R2和R3是MIC的负载阻抗，所以有R2+R3=2.2K，取R2=R3=1.1K。那么电阻R1=(2.4V-2V)/0.5mA=800欧姆。如果将低通滤波器的截止频率设置为10Hz，则C1=20uF。MIC差分式设计的交流等效电路，如图4所示，如果R2+R3=RL，则和单端式设计的输出电压完全相等，MIC的输出电压：。图3 一个典型的差分式设计图4 差分式设计的交流等效电路 图5所示，是另一种差分式电路设计。为了满足MIC的正常工作条件，应该有R2=RL，并且V1点处的电压应该等于2.0V。则和图3中的电路一样，应该有R1=800欧姆。MIC差分式设计的交流等效电路，和图2中所示的完全一样。图5 第二种差分式设计比较图3和图5，这两种差分式设计，哪一种更好呢？从输出的信号看，两种设计MIC的输出电压是相等的。但是如果偏置电压VBIAS的电压很不稳定的时候，第二种电路，受到的干扰更小。根据场效应管的输出特性曲线，它工作在饱和区的时候，场效应管的漏源之间的电压变化，不会导致漏源之间的电流变化，也就是说，MIC的静态电流基本不会变化。以图3为例，假设MIC没有拾取声音信号，静态电流等于0.5mA，则MIC两端的直流电压是，如果V1点的电压异常，从2V突然上升到3V，由于静态电