麦克风(ECM)电路设计总结
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1. ECM原理
ECM是指驻极体电容式麦克风,与MEMS硅麦不同,其内部结构如图1所示。MIC内部有一个充有一定电荷的膜片电容,电容其中一个极板与FET连接,由于FET的基极输入阻抗很高,可以认为电容的电荷不会消失。膜片随着外部声压振动,使得电容两个极板之间距离发生变化,从而导致电容发生变化,从电容公式可以知道,电荷一定的情况下,当电容值发生改变时,电压也会发生变化,即FET的GS电压改变导致DS电流发生变化,电流的变化导致外部偏置电阻上的电压发生变化,从而使得MIC输出端DS电压发生变化,其电压变化量和偏置电阻的电压变化量相等。
2. ECM参数规格
根据上述参考文章的讲解,要想MIC输出电压的动态范围最大,需要合适的偏置电阻将正极+输出电压设置在Vs的一半。根据MIC规格书中的电气参数可知(图2),静态电流为500uA,因此RL=(Vs-V+)/Idss=(2-1)V/500uA=2K,实际选择了2.2K,相差不大。这也是多数MIC推荐的工作条件:2V偏置电压、2.2K偏置电阻。在此条件下,可以计算得出MIC两端的静态电压Vbias=2-2.2K*500uA=0.9V。
电阻R3、R6和电容C3构成RC低通滤波,给电源MICBIAS滤波。
电阻R3、R6和电容C3组成的RC低通滤波截止频率为10Hz,则1/(2πRC)=10,得到C3=C=20uF,取常用值22uF。C3可以等效成2个电容分别与地相连,即2个电容串联,每个电容值为2C=44uF(电容串联,电容值减小一半)。
电阻R1、R2,Codec芯片引脚的输入阻抗Rc,和隔直电容C1、C2组成高通滤波器。一般情况下芯片引脚的输入阻抗都比较大,R1和R2就可以忽略,所以很多设计都可以不用电阻R1和R2。
C6用于滤除差模干扰,一般取值220pF,
C4和C5滤除共模干扰,一般取33pF。
话筒有两根引出线,漏极D与电源正极之间接一漏极电阻R,信号由漏极经一隔直电容输出,这种接法有一定的电压增益,话筒的灵敏度比较高,但动态范围比较小。
目前市售的驻极体话筒大多是这种方式连接。
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这个电路也在各种原理图中被看见,这⾥主要说明的是2.2K电阻是什么作⽤呢?这个电阻给mic⾥⾯的FET提供⼀个直流偏置电压,让FET ⼯作在饱和区,完成放⼤的功能。
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