這麼酷,採用極致小巧的運算放大器設計麥克風電路!

語音指令是許多應用中的一種流行功能，也是讓產品具備差異化市場競爭力的優勢之一。麥克風是任何基於語音或語音的系統不可缺少的主要組成部分，而駐極體麥克風憑藉體積小、低成本和高性能的特點成為了此類應用的常見選擇。

本文圍繞高性能、成本敏感型電路的主題，為大家介紹體積極小、成本優化的駐極體電容式麥克風前置放大器的設計。該設計採用TLV9061，這是一枚極致小巧的運算放大器（op amp），採用0.8mm×0.8mm超小外形無引線（X2SON）封裝技術。駐極體麥克風放大器的電路配置如圖1所示。

圖 1：同相駐極體麥克風放大器電路

大多數駐極體麥克風都採用結型場效應電晶體（JFET）進行內部緩衝，JFET採用2.2kΩ上拉電阻進行偏置。聲波移動麥克風元件，導致電流流入麥克風內部的JFET漏極。JFET漏極電流在R2上產生電壓降，該電壓降交流耦合，偏置到中間電源並連接到運算放大器的IN+引腳。運算放大器配置為帶通濾波的同相放大器電路。利用預期的輸入信號電平和所需的輸出幅度和響應，您可以計算電路的增益和頻率響應。

讓我們來看一個電路的示例設計，用於+ 3.3V電源，輸入為7.93mVRMS，輸出信號為1VRMS。7.93mVRMS對應於具有麥克風的0.63Pa聲級輸入和-38dB聲壓級（SPL）靈敏度規格。帶寬目標是將300Hz的常見語音頻率帶寬傳遞到3kHz。

公式1顯示了定義VOUT和AC輸入信號之間關係的傳遞函數：

公式2根據預期的輸入信號電平和所需的輸出電平計算所需的增益：

選擇標準的10kΩ反饋電阻，並使用公式3計算R6：

要將所需通帶中的衰減從300Hz降至3kHz，請將上（fH）和下（fL）截止頻率設置在所需帶寬之外（公式4）：

選擇C7設置fL截止頻率（公式5）：

選擇C6以設置fH截止頻率（公式6）：

要將輸入信號截止頻率設置得足夠低以使低頻聲波仍能通過，請選擇C2以實現30Hz截止頻率（fIN）（公式7）：

圖2顯示了麥克風前置放大器電路的測量傳遞函數。由於高通濾波器和低通濾波器之間的窄帶寬和衰減，平帶增益僅達到41.8dB或122.5V / V，略低於目標。

圖 2：麥克風前置放大器的傳輸功能

採用 TI 的X2SON封裝技術將電路安裝到6mm直徑駐極體麥克風的背面。由於安裝尺寸限制，需要採用非常小的運算放大器：TLV9061的佔位面積僅0.8mm×0.8mm。此外，0201小尺寸電阻和電容最大限度地減小印刷電路板（PCB）面積，您也可以採用更小的電阻來進一步減小該面積。印刷電路板布局如圖3和圖4所示。

圖 3：安裝6mm直徑駐極體麥克風背面的

麥克風前置放大器布局

圖 4：PCB設計的三維視圖，

顯示了麥克風和PCB的不同角度

您可以調整上述設計步驟，以滿足不同的麥克風靈敏度要求。在使用TLV9061等小型放大器進行設計時，您可以登陸 TI 官網，參考「採用TI X2SON封裝進行設計和製造中的布局最佳實踐」。