MIC电路分析

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1、为什么要加电阻

下图是典型的 MIC 应用电路以及 MIC 内部的电路图。在 MIC 内部,驻极体电容将声音信号变为电信号,并立即通过一级共源 FET 放大输出。

加电阻的目的是为了给 MIC 内部的 FET 放大器提供一个漏极偏置,使其工作在饱和区,完成信号放大的任务。因此,这个电阻也称为偏置电阻。

2、选择多大的电阻

选择多大的电阻呢?这需要根据内置的 FET 的参数来决定。电阻选择不合适,将降低放大电路的最大动态输出范围,电阻太大,还可能使 FET 进入非饱和区; 电阻过小,可能导致损坏管子。

下面是从一家 MIC 成品规格书中截取的性能参数以及测试电路。其测试条件是供电电压是2V ,偏置电阻是 2.2Kohm 。

为什么是 2.2Kohm 呢?手册中称 MIC 最大耗电流为 500uA ,如果 RL 为 2.2Kohm,则输出的直流偏置在 1V 左右(2.2K x 500u ),恰好是供电电压 2V 的一半,这样,输出信号的正负半周最大动态范围相等。因此,将偏置电压设为电源的中点,可以最大化输出的动态范围。目前大部分手机用 MIC 所用的内部 FET 都是相当的,所以表象的外部参数也近似。因此一般在电路设计时,都将偏置电阻选定在 2Kohm 左右。

某 MIC 成品的性能参数:

该 MIC 的对应测试电路:

3、为什么可以将 MIC 结成差分输出?

不过,在目前手机设计中,流行的做法是将 MIC 接成差分输出,这样可以比较有效的抵抗干扰。

MIC 作为一个两端子器件,假设流过的电流是可以理解为是直流偏置电流,或者时说在没有声音的安静情况下,通过 MIC 的电流, 它可以认为是不变的,而 则是声音信号起伏导致流过 MIC 的交变电流信号。理想情况下,当你用正弦波发声器对着 MIC 时,测到的这个电流信号也应该是正弦变动的。因为这里讨论的电流是音频电流, 因此可以不考虑电路中滤波用的 PF 级电容和磁珠的影响。对于 MIC 耦合输入端,可以认为是理想放大器的无限大输入阻抗,也可不考虑其对电路的影响。这样,我们可以非常方便的得到 MIC 两端的电压表达式:

除去直流分量, 以及 的变化部分是:

显然只要 R1=R2 ,即可保证 和 的变化部分,幅度相等,相位相反。这样,虽然 V+ 和 V- 并不构成真正意义上的差分信号 (因为其直流偏置不相同) , 但是其变化部分是满足差分要求的。

当 V+和 V- 信号通过 隔直耦合电容 进入芯片的 MIC 输入级时,即成为真正的差分信号。

3、差分情况下电阻应如何选取?

上面谈了 MIC 在差分接法时, R1 和 R2 应该选取相等的阻值,那么此时选多大的电阻比较合适呢?是将两个电阻分别设为单端时的 RL 的一半吗,即分别是 1Kohm 吗?

理论上,此时应该将 R1 和 R2 设为单端接法时的一半。但其实在正常的手机使用中,受到用户距离 MIC 入音孔的距离以及 MIC 腔体的设计影响, MIC 输出级的信号只有百 mVpp 左右.。因此,此时将偏置电阻设的大一点,也不用担心影响正负动态范围的平衡,相反,增大偏置电阻可以扩大输出信号幅度,降低整个 MIC 路径中的噪声系数。因此很多差分 MIC 电路中,仍然把这个电阻设置为 2Kohm 左右。

MIC的经典电路