[参考译文] OPA2348：麦克风电路

您好 Jason、

如果是典型的麦克风说明、则0dB = 1V/Pa = 94dB (SPL)。 70dB (SPL)表示0.063Pa。 而-35dB 的敏感性会导致在70db (SPL)下信号为0.018V x 0.063 = 1.1mV。 因此、对于300mV 输出电平、您需要大约为因素270的总增益。

为了推荐合适的运算放大器、我们需要知道我们所说的麦克风类型。 是动态麦克风还是驻极体麦克风？ 请提供有关麦克风的更多详细信息。 您是否有麦克风数据表？

Kai

感谢 Kai 的帮助！

是的、Jason。  在这里、器件型号和/或数据表肯定会有所帮助。  如果您认为有任何其他信息是相对的、请告知我们。

此致、

Daniel

您好 Jason、

您可能希望了解一下此 TI 参考设计：

e2e.ti.com/.../tidu765.pdf

Kai

您好 Jason、

Kai 建议的资源非常好、可能正是您所需要的。  我在 Adobe 中没有正确的字体可用于阅读您的 pdf、但从图像中我猜麦克风是驻极体。

在选择放大器时、我认为您应该考虑您的电源问题和可用的电源轨。

我不是这个主题的专家、但我很快就完成了这个设计方法、我很有信心我们能够找到适合您需求的东西。

此致、

Daniel

Daniel、您好！

是的、它是驻极体麦克风：

Kai

谢谢 Kai！

尊敬的 Kai、Daniel：

<1>

是否有使用3、.3V 的设计？

如果可能、我们希望设计低功耗。

<2>

您推荐哪一    款反相放大器和同相放大器？

非常感谢！

您好 Jason、

可接受多少电源电流？

Kai

 尊敬的 Kai：

因为我们需要大约因子270的总增益。 带宽为20kHz。
我想我们有两种方法。 您推荐哪一个？ 还是有更好的方法？

使用2级设计：OPA2348 (1MHz)
Iq = 45uA x 2 = 90uA
2.使用1级设计：TLV316 (10MHz)
Iq = 0.4mA

<2>
我们看到该文件说：
与同相放大器相比、反相放大器可以实现更低的噪声。 但 R1电阻必须高于 C3阻抗

但是、如果我们使用3.3V 电源。 R1电阻不能过大(约为2.2k)

那么、我们应该使用这种设计方法吗？ 或者是否有更好的方法？

您好 Jason、

使用两个级将为您提供能够选择两个不同器件的优势。  因此、您可以将第一级用作低噪声、高增益级、并将第二级用作输出信号最大化。  您还可以使用较低的 GBW 器件、如此处所示。  但是、这会使事情复杂化、并可能需要更多电流。  您应根据您的最高规格优先级进行选择。  哪一项更重要、噪声或功率？

我的建议是使设计尽可能简单。  如果您完成了设计过程并意识到您宁愿有两个阶段、那么您可以进行切换。

关于第二点、我找不到文档中提到这一点的位置。  请指出这一点吗？

R1值较低的主要缺点是需要的 C3越大、噪声增益也越大、如所述。

此致、

Daniel

您好 Jason、

我会使用 TLV2314来实现它：

e2e.ti.com/.../Jason_5F00_mic_5F00_tlv2314.TSC

Kai

Daniel、您好！

请参阅第4页第6页

BR、

Jason

您好 Jason、

不要忽略驻极体麦克风本身的噪声贡献！ 麦克风的敏感度为-35dB 意味着信号为18mV。 62dB 的信噪比可提供14.3µV μ V 的噪声信号。 乘以270的增益、放大器输出端的噪声信号为3.9mV。 但我建议的放大器的噪声级别仅为500µV μ V：

因此、噪声只会增加到

sqrt (3.9mV^2 + 500µV^2)= 3.93mV

这是20 x log (3.93mV/3.9m)= 0.07dB (人类耳无法检测到)的差异:-)

因此、寻找具有更低噪声的放大器毫无意义。

Kai

您好 Jason、

感谢您指出这一点。

如果采用给定的配置、则可以使用 R2控制增益。  因此、通过增大 R2、您可以增大增益。  现在、很明显、如果我们使电阻器过大、那么热噪声会成为一个问题。  然而、噪声增益由 R2与 R1之比控制。  因此、我们可以增加增益、而不必增加噪声增益。

我认为这里的假设是、在采用同相配置的情况下、您的信号增益和噪声增益等式将是相同的：1 + R2/R1。  因此，增加一个将以同样的比例增加另一个。

我没有运行 Kai 的仿真编号、但他的观点非常出色。  如果麦克风不是很好、那么放大器上的噪声应该是多低就没有限制了。  除此之外、您只需为无法使用的性能买单。

希望这对您有所帮助。

此致、

Daniel

尊敬的 Kai：

感谢您的解释~

此外、我想问几个问题

1. 为什么不使用与 R3、C3/R4、C2、R7、C5/R8、C4相同的设计。 有什么特殊原因吗？

2. 我可以将 OPA2348用于您的电路图吗？ 性能是否相似？

谢谢！

Jason

您好 Jason、

总增益为270意味着每级增益系数 SQRT (270)= 16.4。 对于20kHz 带宽、OPAMP 在20kHz 时应具有系数10的最小增益保留(环路增益)。 结合增益系数16.4、需要在20kHz 时具有10 x 16.3 = 163开环增益的运算放大器、这将转换为3.26MHz 的单位增益带宽。 因此、我选择了 TLV2314、这是一款具有低电源电流的低成本3MHz 运算放大器。 与 TLV2314相比、OPA2348速度不够快、会产生大量失真。 此外、OPA2348在20kHz 时无法提供必要的增益：

e2e.ti.com/.../Jason_5F00_mic_5F00_opa2348.TSC

另一方面、TLV2314在10kHz 时产生的失真非常小、并且不会降低频率响应性能：

参考您的另一个问题：选择第一级的反馈电阻器为低欧姆、以保持低噪声。 在这里、信号仍然很小、低欧姆反馈电阻器不会对电源电流产生太大的影响。 另一方面、第二级不需要低欧姆电阻器、因为信号要高得多(系数16.3)、反馈电阻器不会对噪声产生太大影响。 因此、增加反馈电阻有助于保持额外的电源电流较低。 当然、如果不需要最低噪声、您也可以在第一级采用更大的反馈电阻器。  

Kai

Kai、

感谢您运行数学并提供仿真。

我认为从您的 GBW 计算中可以清楚地看出、为了不必使用高速放大器进行设计、这两级路由是值得的。

再次感谢您的支持。

此致、

Daniel

尊敬的 Kai：

非常感谢~

我想问您的最后一个问题。
如果我直接输出到 MCU (ADC)，能否移除 C6、R9、R6？

谢谢！

Jason

您好 Jason、

是的、C6和 R9应该被移除、除非您需要同样为负的信号。 另一方面、R6可以保持在适当位置、并且可以是 RC 电荷反冲滤波器的一部分。 该滤波器的尺寸主要取决于使用的 ADC。 然后、R6将 OPAMP 的输出与存储电容器隔离、并确保稳定性。

Kai

 Daniel、您好！

谢谢~

Jason

欢迎您的到来:-)

Kai

很高兴为 Jason 提供帮助。

此致、

Daniel