CN107371100A - 一种麦克风偏置驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种麦克风偏置驱动电路，包括开关和逻辑控制单元：当麦克风偏置电路上电时，逻辑控制单元控制开关接通；当麦克风偏置电路稳定时，逻辑控制单元控制开关关断。利用开关在接通和关断时电阻的巨大差异解决了传统麦克风偏置驱动电路的噪声和上电稳定时间相互矛盾的问题，既极大降低电路的噪声，又能大大提升电路的上电稳定时间。

Description

一种麦克风偏置驱动电路
技术领域
本发明涉及电路领域，具体涉及一种麦克风偏置驱动电路。
背景技术
电容式麦克风是一种常见的音频设备，根据电容变化将声信号转化为电信号，具有宽频带、高灵敏度、耐冲击、体积小、重量轻等优点。电容式麦克风常采用串联电阻直流偏置方法来驱动，这种驱动方式优点是简单拓扑结构和较低噪声，缺点是需要高压驱动和很大的偏置电阻。
图1为传统的电容式麦克风偏置驱动电路。其中，Vref为偏置电压，Rb为阻值很大的偏置电阻，C0为麦克风基础电容，C为声信号引起的电容变化量，其输出电压为：
其输出噪声主要为kT/C噪声，在固定频段[f1,f2]内，输出噪声的均方值为：
在固定基础电容的情况下，输出噪声随Rb增大而减小，噪声减小可以提高麦克风的信噪比。但偏置电阻Rb增大会带来一个问题，即上电稳定时间长的问题。上电过程可以看做是一个加载阶跃信号的过程，如图2所示，是传统电容式麦克风的上电模型。以直流偏置端为输入，以输出端为输出，则该模型的传递函数为：
可以得出，时域单位阶跃响应为：
Vref(t)＝1-e-t/τ
其中τ＝RbC0为时间常数，τ越大，上电稳定越慢。
过大的偏置电阻Rb会使得时间常数τ过大，使得电路上电稳定时间变长，使得麦克风启动变慢。因此，需要改进驱动方式来解决噪声和上电稳定时间的矛盾。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种麦克风偏置驱动电路，克服传统偏置驱动电路噪声和上电稳定时间之间相互矛盾的缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种麦克风偏置驱动电路，包括开关和逻辑控制单元：当麦克风偏置电路上电时，逻辑控制单元控制开关接通；当麦克风偏置电路稳定时，逻辑控制单元控制开关关断。
所述开关是电气开关。
所述电气开关是固态开关或机械开关。
所述固态开关是绝缘栅场效应管、双极晶体管或结型场效应管。
所述逻辑控制单元是数字控制电路。
当所述麦克风偏置电路上电时，所述逻辑控制单元输出高电平，所述麦克风偏置驱动电路开始上电；当所述麦克风偏置电路上电稳定时，所述逻辑控制单元输出低电平。
本发明还提供一种电容式麦克风，包括如权利要求1至6任一项所述的麦克风偏置驱动电路。
本发明的有益效果在于，通过采用开关代替传统的偏置电阻，并由逻辑控制单元控制开关的通断，利用开关在接通和关断时电阻的巨大差异解决了传统麦克风偏置驱动电路的噪声和上电稳定时间相互矛盾的问题，既极大降低电路的噪声，又能大大提升电路的上电稳定时间。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有技术的电容式麦克风偏置驱动电路图；
图2是现有技术的电容式麦克风上电模型示意图；
图3是本发明一实施例的麦克风偏置驱动电路100的示意图；
图4是图3所示的麦克风偏置驱动电路100在开关接通和关断时的等效电路图；
图5是本发明一实施例的麦克风偏置驱动电路200的示意图；
图6是本发明一实施例的逻辑控制单元的控制时序图；
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图3所示，本实施例的麦克风偏置驱动电路100包括开关101和逻辑控制单元103。其中，Vref为偏置电压，C0为麦克风基础电容，C为声信号引起的电容变化量，在具体实施方式中，C0电容值的选取可根据实际需求设置。
在使用本实施例的麦克风偏置驱动电路100时，当麦克风偏置驱动电路100上电时，即有输入的偏置电压Vref时，逻辑控制单元103控制开关101接通，开关101的等效电阻为Ron，因为Ron很小，所以偏置驱动电路可以很快稳定；当麦克风偏置驱动电路100稳定后，逻辑控制单元103控制开关101关断，开关的等效电阻为Roff，因为Roff很大，大大降低电路的输出噪声。
提供了一种开关偏置驱动方式，利用开关在接通和关断时电阻的巨大差异来解决传统的偏置驱动电路的噪声和上电稳定时间相互矛盾的问题。既可以大大降低电路的噪声，又能大大提升电路的上电稳定时间，不影响麦克风的启动速度，尤其适合麦克风频繁开关场合。
在具体实施方式中，逻辑控制单元103可以检测是否有偏置电压Vref输入，以控制开关101接通；或者也可以由其他控制器检测是否有偏置电压Vref输入，当控制器检测到有偏置电压Vref输入时，控制器通知逻辑控制单元103，此时，逻辑控制单元103控制开关101接通。本发明不限制控制器的选取，例如，可以使用MCU等处理器检测是否有偏置电压Vref输入。逻辑控制单元103也可以先控制输入偏置电压Vref，再控制开关101接通。
在一实施方式中，可选用电气开关作为开关101。在具体实施方式中，本发明不限制开关的选取，可以选取任何合适的固态开关或机械开关作为本发明麦克风偏置驱动电路中的电气开关。例如，可选取绝缘栅场效应管(NMOS，PMOS，CMOS等)，双极晶体管(Bipolar)，结型场效应管(JFET)，机械开关，微机械开关等。
在具体实施方式中，可根据实际需要，通过数字电路设计方法实现本发明的逻辑控制单元，该逻辑控制单元可控制开关的接通和关断即可。
如4是图3所示的麦克风偏置驱动电路100在开关接通和关断时的等效电路图。图4左图为开关101接通时，麦克风偏置驱动电路100的等效电路图，开关101的等效电阻为Ron，Ron很小，所以偏置驱动电路100可以很快稳定。图4右图为开关101关断时，麦克风偏置驱动电路100的等效电路图，开关101关断，开关101的等效电阻为Roff，Roff很大，可大大降低电路的输出噪声，例如，可极大降低电路的kT/C噪声。利用开关在接通和关断时电阻的巨大差异来解决传统的偏置驱动电路的噪声和上电稳定时间相互矛盾的问题。
在一实施方式中，如图5所示的麦克风偏置驱动电路200，可采用N型场效应管(NMOS)作为麦克风偏置驱动电路中的开关。其中，N型场效应管的漏极连接输入的偏置电压Vref，N型场效应管的栅极与逻辑控制单元连接，N型场效应管的源极连接电路的输出端。图5中左图是麦克风偏置驱动电路200在N型场效应管导通时的电路图，右图是麦克风偏置驱动电路200在N型场效应管关断时的电路图。当输入偏置电压Vref时，逻辑控制单元输出高电平Vhigh，N型场效应管导通，等效电阻Ron很小，电路可以很快稳定；偏置驱动电路稳定后，逻辑控制单元输出低电平Vlow，N型场效应管关断，等效电阻Roff很大，相当于偏置电阻，可以大大降低电路的输出噪声。
在一实施方式中，如图6所示，是逻辑控制单元的控制时序图。当麦克风偏置驱动电路100上电时，即偏置电压Vref为高时，也就是图6中的时间点t1，逻辑控制单元输出高电平，以控制偏置驱动电路中的开关闭合，此时，等效电阻Ron很小，电路可以很快稳定；麦克风偏置驱动电路上电至稳定状态，也就是图6中的时间点t2，逻辑控制单元输出低电平，以控制偏置驱动电路中的开关断开，等效电阻Roff很大，相当于偏置电阻，可以大大降低电路的输出噪声。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种麦克风偏置驱动电路，其特征在于，包括开关和逻辑控制单元：
当所述麦克风偏置电路上电时，所述逻辑控制单元控制所述开关接通；
当所述麦克风偏置电路稳定时，所述逻辑控制单元控制所述开关关断。
2.如权利要求1所述的麦克风偏置驱动电路，其特征在于，所述开关是电气开关。
3.如权利要求2所述的麦克风偏置驱动电路，其特征在于，所述电气开关是固态开关或机械开关。
4.如权利要求3所述的麦克风偏置驱动电路，其特征在于，所述固态开关是绝缘栅场效应管、双极晶体管或结型场效应管。
5.如权利要求1至4任一项所述的麦克风偏置驱动电路，其特征在于，所述逻辑控制单元是数字控制电路。
6.如权利要求1至4任一项所述的麦克风偏置驱动电路，其特征在于：
当所述麦克风偏置电路上电时，所述逻辑控制单元输出高电平，所述麦克风偏置驱动电路开始上电；
当所述麦克风偏置电路上电稳定时，所述逻辑控制单元输出低电平。
7.一种电容式麦克风，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的麦克风偏置驱动电路。
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