高品质微音器

消费类产品和通信音频应用中，语音输入几乎无例外地使用驻极体电容微音器（ECM）。它由声电转换和阻抗变换两部分组成。声电转换的关键元件是驻极体振动膜，这是一片极薄的塑料膜片，在其中的一面蒸发有一属纯金薄膜，然后再经过高压电场驻极，便两面分别驻留异性电荷。膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连。膜片的另一面与中间有若干个小孔的金属板（常称为背电极）相对，中间用绝缘垫圈隔离开。这样就形成一个以空气隙和绝缘垫圈为绝缘介质，以背电极和驻极体金属层为两个电极而形成的一个平板电容器。声音使膜振动，导致电容的改变，从而使输出电压发生变化。
由于实际电容器的容量极小，输出的电信号十分微弱；电容器的输出阻抗又极高，因此不能直接与放大电路连接，中间必须介入一个阻抗变换电路，通常用一个专用场效应管（JFET）和一个二极管复合组成。微音器的结构如图1所示。

图1 JFET微音器连接

图2 带放大JFET微音器电路

由分析可知，这种声电转换器的等效电路由信号电压源和源电容组成。JFET所具有的高输入阻抗非常适合变换器的接口，而连接在漏极上相对小的电阻又能提供足够的输出驱动能力。此外，JFET高输入电阻（约100MΩ）和源电容形成一个数十赫芝的高通滤波器，能过滤掉不希望有的低频信号。再者，JFET的栅极是一个反向偏压的二极管，漏电极小。栅极偏置在0V附近是的偏置条件，较大的过驱动信号或被反向漏电箝位，或被正向导电所箝位。
ECM的偏置和接口由几KΩ负载电阻和一个电容构成，使ECM设计仅需要2条导线：地和信号/偏压，称为“梦幻”偏置法。这类ECM的优点是体积小、成本低、噪声相对地也小。然而单个JFET和低负载电阻组合增益低（约-3dB），灵敏度不够。此外，JFET是固有非线性的，THD在1~10%之间。而且由于制作工艺的限制，阈值电压相当分散，也就使电源电流相当分散。
EMC的低灵敏度直接导致其输出电压很小，平均值在0.1~10mV之间，峰值电压约为100mV。由于RF传输和高速信号处理引起的噪声是比较可观的，要使ECM良好工作，需要细心的电路板设计以及附加滤波元件。同时为了向ADC提供合适的信号，前置放大器是必不可少的。谐波畸变又使它难于达到高保真音频指标要求。而较大又变化的电源电流会严重影响手持式系统电池的寿命。
由上所述可知，为了适应软件无线电、高保真系统应用的需要，ECM电路要进一步创新，创新集中表现在提高器件性能，减少器件体积，降低器件成本诸方面。NS公司开发了系列产品代表了新发展趋势。

图3 3线式电路连接


图4 4线式数字连接

LMV1012是小尺寸ECM内置的音频放大器，设计直接替代单个JFET缓冲器。其电路框图如图2所示，主要技术指标为：
电源电压： 2~5V
电源电流： <180礎
增益： 7.8、15.6、20.9、23.8dB
输出总谐波：0.09%
信噪比（A权重）：60dB
输出噪声（A权重）：-89dBV
该器件有较高的增益，且增益在音频频带内是十分平坦的。它还具有良好的线性度和温度稳定性。LMV1012采用4焊球微SMD封装，高度仅为0.3mm，可直接安装在ECM内。
LMV1032是3线式ECM模拟放大器，既可内置，也可外接。它不仅有较高的增益，而且在1.75V工作时，工作电流仅为60礎，是低功耗应用的理想选择。器件的框图如图3，主要技术指标如下：
电源电压： 1.7-5V
电源电流： 60礎
增益： 7.8、15.6、20.9、23.8dB
输入电容： 2pf
输入阻抗： >100MΩ
输出阻抗： <200Ω
输出电压噪声（A权重）：-97dBV
LMV1032增加了第3条导线，却降低了电源电流；增强了抗电源电压波动（PSRR）能力；并且可取消附加的元件。在无线系统中，噪声捡拾是个公认的问题。常规的JFET输出阻抗高，对噪声捡拾十分灵敏。将电源引线和输出引线分开，可让输出阻抗更低，从而对噪声捡拾不十分灵敏。
LMV1032也可用作外部放大器，其输入通过2.2礷电容连接至ECM。电路的优点是它的附加增益和高通滤波器性能。当然外接时，器件应尽可能靠近ECM。
LMV1024是一个4线式集成电路，器件内集成了一个前置放大器和△Σ调制器，输出是一个串行的数字位流，可直接连接至数字音频系统DSP的输入口。器件的时钟频率在1~3.25MHz之间，是用户可调整的。电路框图参见图4。
LMV1024消除了敏感的低电平模拟信号格式，极大地提高了RF抗扰度，也减少了外部元件数量，使系统设计更加方便。该器件采用6焊球微SMD封装，适合各种规格EMC使用。在设计EMC电路板时，只要外加2个电容，一个100nf电容连接在参数电压引脚，另一个10nf电容用于电源的去耦。数据输出处不要外加电容，以免降低系统的整体性能。
ECM虽小，用途却十分广泛。有了多种高性能器件，用户可针对不同的应用，选用合适的器件。■（东华）