CN110225425B - 一种麦克风输入电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种麦克风输入电路，包括依次连接的输入接口、差分电路和放大电路，其中，所述差分电路用于接收从输入接口输入的第一输入电压，并将其转化为差分信号输入到所述放大电路中，所述放大电路用于放大所述差分电路输出的差分信号。其能够在麦克风与蓝牙芯片连接时，不需要外围器件，即省去了现有技术中麦克风偏置电压用的电阻和隔离直流用的隔直电容。

Description

一种麦克风输入电路

技术领域

本发明涉及蓝牙领域和集成电路领域，具体涉及一种麦克风输入电路的集成化技术。

背景技术

常见的麦克风(Microphone)是一种模拟器件，可以视作一个声控电流源，需要偏置在合适的直流工作点，将语音信号转换成音频电压。参照图1所示，其示出了现有技术中的麦克风应用电路，IC(芯片)端的VDD_MIC引脚用于给Microphone供电，供电通路上至少需要一个限流电阻R，令Microphone工作在合适的直流偏置点。IC端的MIC_IN引脚用于输入Microphone的音频电压，在Microphone与IC端之间设置有隔直电容C，隔直电容C的作用有二：一是用于将Microphone的直流工作点和芯片内部电路的工作点隔离，二是将Microphone生成的音频电信号耦合到芯片。隔直电容C的取值一般是0.1uF～10uF。

使用隔直电容C的目的在于，Microphone生成的信号电压幅度比较小，一般是几十uV到几十mV的数量级，内部需要放大电路放大较大的倍数，通常是几十倍到几百倍。IC内部的放大电路通常如图2所示，该电路有自身的直流工作点，即图中所示VCM电压。由于放大倍数较大，所以只能处理交流信号，假设输入信号有直流成分，并且与VCM相差10mV，经过100倍的放大之后就会变成一个1V的直流偏差，通常会超出内部电路能处理的极限。使用隔直电容C，就能隔离Microphone的直流成分，令放大电路只放大音频信号，不放大直流偏差。

从上述介绍可知，现有的Microphone工作环境，需要芯片提供两个引脚，芯片外围需要至少两个元器件。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明提供了一种麦克风输入电路，其能够在麦克风与蓝牙芯片连接时，不需要外围器件，即省去了偏置电压用的电阻和隔离直流用的隔直电容。

上述输入电路由以下技术方案实现：

一种麦克风输入电路，包括依次连接的输入接口、差分电路和放大电路，其中，所述差分电路用于接收从输入接口输入的第一输入电压，并将其转化为差分信号输入到所述放大电路中，所述放大电路用于放大所述差分电路输出的差分信号。

具体的，所述差分电路包括交流滤波模块和差分处理模块，所述交流滤波模块用于对所述输入电压进行交流滤除，形成第二输入电压，所述差分处理模块用于对所述第一输入电压和第二输入电压进行差分处理，形成差分信号。

具体的，所述差分处理模块包括第一场效应管、第二场效应管、第一电流源、第二电流源、第三电流源、第四电流源和第一电阻，其中，

所述第一场效应管的栅极与输入接口连接，源极分别与第一电阻一端、第二电流源连接，漏极分别与第一电流源、放大电路连接；

所述第二场效应管的栅极通过交流滤波模块与输入接口连接，源极分别与第一电阻另一端、第四电流源连接，漏极分别与第三电流源、放大电路连接。

具体的，所述差分处理模块包括第一场效应管、第二场效应管、第一电流源、第二电流源、第五电流源、第二电阻和第三电阻，其中，

所述第一场效应管的栅极与输入接口连接，源极与第二电阻一端连接，漏极分别与第一电流源、放大电路连接；

所述第二场效应管的栅极通过交流滤波模块与输入接口连接，源极与第三电阻一端连接，漏极分别与第二电流源、放大电路连接；

第三电阻和第四电阻另一端分别与第五电流源连接。

具体的，所述放大电路包括第一放大器、第四电阻和第五电阻，其中，

所述第一放大器的反相输入端与所述第一场效应管的漏极连接，同相输入端与第二场效应管的漏极连接；

所述第四电阻一端与第一放大器的反相输入端连接，一端与正电源端连接；

所述第五电阻一端与第一放大器的同相输入端连接，一端与负电源端连接。

具体的，所述差分处理模块包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五电流源、第二电阻和第三电阻，其中，

所述第一场效应管的栅极与输入接口连接，源极与第二电阻一端连接，漏极分别与第三场效应管的栅极和漏极以及第四场效应管的栅极连接；

所述第二场效应管的栅极通过交流滤波模块与输入接口连接，源极与第三电阻一端连接，漏极分别与第四场效应管的漏极、放大电路连接；

所述第三场效应管的源极和第四场效应管的源极连接偏置电压；

第二电阻和第三电阻另一端分别与第五电流源连接。

具体的，所述放大电路包括第一放大器和第六电阻，其中，

所述第一放大器的反相输入端分别与所述第二场效应管的漏极、第四场效应管的漏极连接，同相输入端与一偏置电压连接；

所述第六电阻一端与第一放大器的反相输入端连接，一端与输出端连接。

具体的，所述交流滤波模块包括第七电阻和电容，所述第七电阻一端分别与输入接口、第一场效应管栅极连接，另一端分别与电容、第二场效应管栅极连接。

具体的，所述交流滤波模块包括第六电流源、第八电阻、第二放大器、第五场效应管、第六场效应管和第七电流源，其中，

所述第八电阻一端与输入接口连接，另一端分别与第六电流源、第二放大器的同相输入端连接；第二放大器的反向输入端、输出端与第五场效应管的源极连接；第五场效应管的漏极分别与第五场效应管的栅极、第六场效应管的栅极、第七电流源连接；第六场效应管的源极与输入接口连接。

本发明通过上述麦克风输入电路，将麦克风的第一输入电压分为两路，一路直接输入差分处理模块，一路经由交流滤波模块形成第二输入电压输入差分处理模块，经差分处理模块处理后形成差分信号，该差分信号由输入电压的交流电压形成，因此可以在不对第一输入电压的直流电压进行滤除隔离的情况下得到所需信号，即可省略现有技术中外围器件的隔直电容。另外，该输入电路通过该输入接口为麦克风提供偏置电压，因此可省略现有技术中外围器件的限流电阻和供电引脚。

附图说明

附图1为现有技术中麦克风应用电路示意图。

附图2为现有技术中IC内部的放大电路示意图。

附图3为本发明提供的麦克风输入电路构造示意图。

附图4为本发明实施例一提供的麦克风输入电路的具体电路构造图。

附图5为本发明实施例一提供的差分电路中差分处理模块和交流滤波模块的具体电路构造图。

附图6为本发明实施例二提供的麦克风输入电路的具体电路构造图。

附图7为本发明实施例三提供的麦克风输入电路的具体电路构造图。

附图8为本发明实施例四提供的交流滤波模块的具体电路构造图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种麦克风输入电路，参照图3所示，麦克风输入电路的输入端连接麦克风，输出端连接ADC电路，用于从麦克风处接收信号进行差分处理、放大后输出到ADC电路，由ADC电路转换成数字信号，方便后续进一步的处理。

对比图1所示电路，上述麦克风是用于将声信号转换为电信号的声音传感器，在麦克风Microphone与麦克风输入电路(即图1中所示IC)之间不需连接电阻R以及电容C，因此可省略外围器件电阻R和电容C，降低生产成本，也不需要提供偏置电压VDD_MIC给麦克风Microphone，因此可省去偏置电压引脚。

继续参照图3所示，上述麦克风输入电路包括依次连接的输入接口、差分电路和放大电路，其中，差分电路用于接收从输入接口输入的第一输入电压，并将其转化为差分信号输入到放大电路中，放大电路用于放大差分电路输出的差分信号。

具体的，在差分电路中，包括交流滤波模块和差分处理模块，所述交流滤波模块用于对所述第一输入电压进行交流滤除，形成第二输入电压，所述差分处理模块用于对所述第一输入电压和第二输入电压进行差分处理，形成差分信号。

结合上述内容和附图4、5、6、7、8，以下对本发明的具体实现方式进行详述：

实施例一：

本实施例提供了一种麦克风输入电路，参照图4、5所示，包括麦克风输入接口micinput、图4左侧虚框所示差分电路和图4右侧虚框所示放大电路，差分电路包括图5上侧虚框所示的差分处理模块和图5下侧虚框所示的交流滤波模块。

如图5所示，差分处理模块包括第一场效应管M₁、第二场效应管M₂、第一电流源I₁、第二电流源I₂、第三电流源I₃、第四电流源I₄和第一电阻R_S1，其中，第一场效应管M₁的栅极与输入接口mic input连接，源极分别与第一电阻R_S1一端、第二电流源I₂连接，漏极分别与第一电流源I₁、放大电路连接；第二场效应管M₂的栅极通过交流滤波模块与输入接口micinput连接，源极分别与第一电阻R_S1另一端、第四电流源I₄连接，漏极分别与第三电流源I₃、放大电路连接。

上述第一场效应管M₁和第二场效应管M₂在本实施例中优选为规格相同的NMOS管，上述第一电流源I₁、第二电流源I₂、第三电流源I₃以及第四电流源I₄的规格相同。

继续参照图5，上述交流滤波模块包括第七电阻R_ft和电容C_ft，第七电阻R_ft一端分别与输入接口mic input、第一场效应管M₁栅极连接，另一端分别与电容C_ft、第二场效应管M₂栅极连接。电容C_ft用于滤除第一输入电压的交流电压。

通过上述交流滤波模块，将从输入接口mic input输入的第一输入电压的交流电压进行滤除，形成第二输入电压，并将第二输入电压输入差分处理模块中进行差分处理。

参照图4所示，上述放大电路包括第一放大器Amp1、第四电阻R_FB1和第五电阻R_FB2，其中，第一放大器Amp1的反相输入端与所述第一场效应管M₁的漏极连接，同相输入端与第二场效应管M₂的漏极连接；第四电阻R_FB1一端与第一放大器Amp1的反相输入端连接，一端与正电源端连接；第五电阻R_FB2一端与第一放大器Amp1的同相输入端连接，一端与负电源端连接。

在上述放大电路中引入第四电阻R_FB1和第五电阻R_FB2的作用在于设定放大增益。

以下结合图3、4和本实施例上述内容对该输入电路的工作进行具体说明：

在麦克风Microphone没有接收到声信号时，输入接口mic input没有信号输入，第一场效应管和第二场效应管处于静态工作点，图4中所示差分电路的输出端net1和net2没有信号输出，放大电路的输出信号V_out为零。

在麦克风Microphone接收到声信号时，将该声信号转换为电信号通过输入接口mic input输入时，所输入的电信号为第一输入电压，第一输入电压包括直流电压V_D和交流电压V_A，一方面，第一输入电压输入差分电路中差分处理模块的第一场效应管M₁的栅极中，另一方面，第一输入电压输入交流滤波模块中对其所包含的交流电压V_A进行滤除，剩下的直流电压V_D作为第二输入电压输入差分电路中差分处理模块的第二场效应管M₂的栅极中。

在第一输入电压施加到第一场效应管M₁的栅极时，第一场效应管M₁的漏极和源极导通，漏极和源极之间的导通电流对应于第一输入电压的直流电压V_D和交流电压V_A为直流电流I_D和交流电流I_A，在第一电流源I₁和第三电流源I₃的恒电流I作用下，差分处理模块输出端net1的输出电流为I_net1＝I-I_A-I_D。

在第二输入电压施加到第二场效应管M₂的栅极时，第二场效应管M₂的漏极和源极导通，漏极和源极之间的导通电流对应于第二输入电压的直流电压V_D为直流电流I_D，在第二电流源I₂和第四电流源I₄的恒电流I作用下，差分处理模块输出端net2的输出电流为I_net2＝I-I_D。

在本实施例中，放大电路中的第四电阻R_FB1和第五电阻R_FB2的规格相同，即第四电阻R_FB1＝第五电阻R_FB2，因此通过差分处理模块输出端net1和net2输出的差分信号输入到第一放大器Amp1中，进行放大以输出放大信号V_out时，由上述差分处理模块输出端net1和net2之间的差分信号V_in＝(I_net2–I_net1)*R_S1，即V_in＝I_A*R_S1，放大信号V_out＝(I_net2–I_net1)*R_FB1，即V_out＝I_A*R_FB1。该第一放大器Amp1的放大倍数为V_out/V_in＝R_FB1/R_S1。

此外，当输入接口mic input的第一输入电压变化时，输出端net1的电流跟随第一输入电压的变化而变化，放大信号V_out也随之变化，在第一放大器Amp1的反相输入端和正电源端连接第四电阻R_FB1，起到负反馈的作用，稳定第一放大器Amp1的工作状态，输出端net2的电流同理。

在本实施例上述内容中，一方面，麦克风输入电压不需要先通过图1所示隔直电容C进行直流隔离，因此允许输入接口mic input处有很大的共模范围，可以连接共模电平较高的模拟硅mic，适用范围广，且第一放大器Amp1的输出端共模电平设置在VCM，且VCM为ADC电路的共模电平，放大信号V_out可直接送到ADC电路；另一方面，麦克风的偏置电压由输入接口输入，可节省图1所示VDD_MIC引脚使用。此外，在差分电路和放大电路中，放大电路中的电路元件较少，第一放大器Amp1的噪声不占主，并且在优选为跨阻放大器时，对放大电路的GBW(增益带宽积)的要求大大降低，功耗也随之降低。

实施例二：

本实施例作为实施例一的一种变化，参照图6所示，与实施例一的区别在于差分处理模块的具体电路构造，图6中所示麦克风输入电路包括麦克风输入接口mic input、图示左侧虚框所示差分电路和图示右侧虚框所示放大电路，与实施例一所示差分电路类似的，本实施例中的差分电路包括差分处理模块和交流滤波模块。

如图6所示，本实施例提供的差分处理模块包括第一场效应管M₁、第二场效应管M₂、第一电流源I₁、第二电流源I₂、第五电流源I₅、第二电阻R_S2和第三电阻R_S3，其中，所述第一场效应管M₁的栅极与输入接口mic input连接，源极与第二电阻R_S2一端连接，漏极分别与第一电流源I₁、放大电路连接；所述第二场效应管M₂的栅极通过交流滤波模块与输入接口micinput连接，源极与第三电阻R_S3一端连接，漏极分别与第二电流源I₂、放大电路连接；第三电阻和第四电阻另一端分别与第五电流源I₅连接。

与实施例一类似的，上述第一场效应管M₁、第二场效应管M₂优选为规格相同的NMOS管，上述第一电流源I₁、第二电流源I₂的规格相同但与第五电流源I₅的规格不同，上述第二电阻R_S2和第三电阻R_S3的规格相同。

上述输入电路的工作内容与实施例一类似，具体参照实施例一所述内容，本实施例在此不予赘述。

实施例三：

本实施例作为实施例二的一种变化，参照图7所示，与实施例二的区别在于差分处理模块和放大电路的具体电路构造，图7中所示麦克风输入电路包括麦克风输入接口micinput、图示左侧虚框所示差分电路和图示右侧虚框所示放大电路，与实施例一所示差分电路类似的，本实施例中的差分电路包括差分处理模块和交流滤波模块。

如图7所示，本实施例提供的差分处理模块包括第一场效应管M₁、第二场效应管M₂、第三场效应管M₃、第四场效应管M₄、第五电流源I₅、第二电阻R_S2和第三电阻R_S3，其中，所述第一场效应管M₁的栅极与输入接口mic input连接，源极与第二电阻R_S2一端连接，漏极分别与第三场效应管M₃的栅极和漏极以及第四场效应管M₄的栅极连接；所述第二场效应管M₂的栅极通过交流滤波模块与输入接口mic input连接，源极与第三电阻R_S3一端连接，漏极分别与第四场效应管M₄的漏极、放大电路连接；所述第三场效应管M₃的源极和第四场效应管M₄的源极连接偏置电压；第二电阻R_S2和第三电阻R_S3另一端分别与第五电流源I₅连接。

与实施例二类似的，上述第一场效应管M₁、第二场效应管M₂优选为规格相同的NMOS管，上述第三场效应管M₃、第四场效应管M₄优选为规格相同的PMOS管，上述第二电阻R_S2和第三电阻R_S3的规格相同。

继续参照图7，放大电路包括第一放大器Amp1和第六电阻R_FB3，其中，第一放大器Amp1的反相输入端分别与第二场效应管M₂的漏极、第四场效应管M₄的漏极连接，同相输入端与一偏置电压连接；第六电阻R_FB3一端与第一放大器的反相输入端连接，一端与输出端连接。与实施例一类似的，第六电阻R_FB3在该放大电路中起到负反馈的作用，稳定第一放大器Amp1的工作状态。

上述输入电路的工作内容与实施例一类似，具体参照实施例一所述内容，本实施例在此不予赘述。

实施例四：

在实施例一、二、三中，交流滤波模块由第七电阻R_ft和电容C_ft组成，通常所需第七电阻R_ft的阻抗较大，其体积也较大，不利于集成设计。因此本实施例四在上述实施例一、二、三的基础上，对交流滤波模块进行进一步改进，在不影响工作性能的前提下大大减少占用面积。

参照图8所示，其示出了本实施例提供的交流滤波模块的具体电路构造图，包括第六电流源I₆、第八电阻R₁、第二放大器Amp2、第五场效应管M₅、第六场效应管M₆、第七电流源I₇和电容C_ft，其中，所述第八电阻R₁一端与输入接口mic input连接，另一端分别与第六电流源I₆、第二放大器Amp2的同相输入端连接；第二放大器Amp2的反向输入端、输出端与第五场效应管M₅的源极连接；第五场效应管M₅的漏极分别与第五场效应管M₅的栅极、第六场效应管M₆的栅极、第七电流源I₇连接；第六场效应管M₆的源极与输入接口mic input连接。

上述第五场效应管M₅和第六场效应管M₆在本实施例中优选为规格相同的PMOS管，上述第六电流源I₆和第七电流源I₇的规格相同。

以下结合图8和本实施例上述内容对该交流滤波模块的工作进行具体说明：

在输入接口mic input输入第一输入电压时，第一输入电压经由第八电阻R₁输入第二放大器Amp2，由第五场效应管M₅导通后作用在第六场效应管M₆的栅极，因此第六场效应管M₆的栅极电压随第一输入电压的变化而变化，继而维持第六场效应管M₆的栅极与源极之间的电压不变，其输出电压与第一输入电压同步变化，该输出电压经电容C_ft滤除交流电压后形成第二输入电压。

图8所示第二放大器Amp2作为电压跟随器，不具备放大功能，但由于反馈作用，具有工作稳定、频响宽、输入电阻大和输出电阻小等优点。

需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种麦克风输入电路，包括依次连接的输入接口、差分电路和放大电路，其中，所述差分电路用于接收从输入接口输入的第一输入电压，并将其转化为差分信号输入到所述放大电路中，所述放大电路用于放大所述差分电路输出的差分信号，其中，所述差分电路包括交流滤波模块和差分处理模块，所述交流滤波模块用于对所述第一输入电压进行交流滤除，形成第二输入电压，所述差分处理模块用于对所述第一输入电压和所述第二输入电压进行差分处理，形成差分信号。

2.如权利要求1所述的麦克风输入电路，所述差分处理模块包括第一场效应管、第二场效应管、第一电流源、第二电流源、第三电流源、第四电流源和第一电阻，其中，

所述第一场效应管的栅极与输入接口连接，源极分别与第一电阻一端、第二电流源连接，漏极分别与第一电流源、放大电路连接；

所述第二场效应管的栅极通过交流滤波模块与输入接口连接，源极分别与第一电阻另一端、第四电流源连接，漏极分别与第三电流源、放大电路连接。

3.如权利要求1所述的麦克风输入电路，所述差分处理模块包括第一场效应管、第二场效应管、第一电流源、第二电流源、第五电流源、第二电阻和第三电阻，其中，

所述第一场效应管的栅极与输入接口连接，源极与第二电阻一端连接，漏极分别与第一电流源、放大电路连接；

所述第二场效应管的栅极通过交流滤波模块与输入接口连接，源极与第三电阻一端连接，漏极分别与第二电流源、放大电路连接；

第三电阻和第四电阻另一端分别与第五电流源连接。

4.如权利要求1-3任一项所述的麦克风输入电路，所述放大电路包括第一放大器、第四电阻和第五电阻，其中，

所述第一放大器的反相输入端与所述第一场效应管的漏极连接，同相输入端与第二场效应管的漏极连接；

所述第四电阻一端与第一放大器的反相输入端连接，一端与正电源端连接；

所述第五电阻一端与第一放大器的同相输入端连接，一端与负电源端连接。

5.如权利要求1所述的麦克风输入电路，所述差分处理模块包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五电流源、第二电阻和第三电阻，其中，

所述第一场效应管的栅极与输入接口连接，源极与第二电阻一端连接，漏极分别与第三场效应管的栅极和漏极以及第四场效应管的栅极连接；

所述第二场效应管的栅极通过交流滤波模块与输入接口连接，源极与第三电阻一端连接，漏极分别与第四场效应管的漏极、放大电路连接；

所述第三场效应管的源极和第四场效应管的源极连接偏置电压；

第二电阻和第三电阻另一端分别与第五电流源连接。

6.如权利要求5所述的麦克风输入电路，所述放大电路包括第一放大器和第六电阻，其中，

所述第一放大器的反相输入端分别与所述第二场效应管的漏极、第四场效应管的漏极连接，同相输入端与一偏置电压连接；

所述第六电阻一端与第一放大器的反相输入端连接，一端与输出端连接。

7.如权利要求4所述的麦克风输入电路，所述交流滤波模块包括第七电阻和电容，所述第七电阻一端分别与输入接口、第一场效应管栅极连接，另一端分别与电容、第二场效应管栅极连接。

8.如权利要求4所述的麦克风输入电路，所述交流滤波模块包括第六电流源、第八电阻、第二放大器、第五场效应管、第六场效应管和第七电流源，其中，

所述第八电阻一端与输入接口连接，另一端分别与第六电流源、第二放大器的同相输入端连接；第二放大器的反向输入端、输出端与第五场效应管的源极连接；第五场效应管的漏极分别与第五场效应管的栅极、第六场效应管的栅极、第七电流源连接；第六场效应管的源极与输入接口连接。