音频问题分析方法之7MIC电路分析.doc

FILENAME 技术总结模板 PAGE 4/ NUMPAGES 5 音频问题分析方法之七：MIC电路分析 杨金胜 yangjs@ 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 -43±2dB RL=2.2KΩ Vs=2.0V(DC) ( 1KHz 0dB=1Vrms/Pa) 输出阻抗 Max. 2.2KΩ 1KHz (RL=2.2KΩ) 静态电流 Max.0.5mA RL=2.2KΩ 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