基于雙線式麥克風電路中使用MEMS麥克風

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(tǒng)其余部分之間的連接卻不一樣。本應(yīng)用筆記將會介紹這些區(qū)別，并根據(jù)一個簡單的基于MEMS麥克風的替換電路提供設(shè)計詳情。

音頻電路的ECM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(xiàn)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(jīng)過交流耦合。

ECM的常見用例是在手機上連接的耳機中用作內(nèi)聯(lián)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(cè)音頻輸出、右側(cè)音頻輸出、麥克風信號以及接地。在這種設(shè)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(qū)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(xiàn)偏置，一般等于或接近0.8 V。在設(shè)計中，該輸出信號通常會經(jīng)過交流耦合。

圖1. ECM電路連接

相對于ECM，使用MEMS麥克風的關(guān)鍵優(yōu)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(shè)計的系統(tǒng)，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(shè)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(xiàn)，MEMS麥克風的電源可通過仔細設(shè)計的電路提供，該電路充當分壓器和低通濾波器。以下設(shè)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(xiàn)上述功能的設(shè)計示例。在耳機的設(shè)計中，耳機連接器左側(cè)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(shè)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(jù)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(lián)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(jù)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))