八种麦克风DIY设计方案

，可能不需要为信号增加额外的增益。

　　图6. 电压跟随器

　　电压跟随器可在反相极前端用作缓冲器。可能需要改配置以确保能在反相电路中使用更低值的电阻。在无缓冲的情况下，反相极的输入阻抗可能需要采用更低值以实现目标噪声性能。在保证缓冲和第一个运算放大器的低输出阻抗（与MEMS麦克风相比）的情况下，电阻R1和R2能选择较低值以避免给电路造成额外的噪声。

　　图7.带反相放大器的电压跟随器缓冲器

　　差分输出

　　MEMS麦克风的单端输出可用两个运算放大器和两个反相电路级（见图8）以简单的串联结合转换为一个差分信号。每级的输出转换为彼此反相，作为差分对。图 8显示的电路中信号的放大发生在第一级，由R1和R2设置。电阻R3和R4值应相等，为第二级提供单位增益。为了实现最佳性能，应该采用1%电阻（或更好）来使两级之间的误差最小化。

　　该配置的一个缺点是一个输出仅由一个放大器产生噪声和失真，而第二级输出则有两个放大器产生噪声和失真。第二个小问题是每个放大器之间存在一个非零延迟，因此差分输出的两侧并非完全对齐。然而，这可能对差分信号的性能影响极小。

　　图8. 差分输出电路

　　图7显示的电压跟随器和反相放大器电路还可用于实现一个增益为1的差分信号。同相输出可以从电压跟随器放大器输出提取，反相输出可以从反相放大器的输出提取。在该配置中，R1和R2的值应保持相同以达到统一的增益。

　　差分放大器，例如AD8273，也可用于实现单端至差分电路，从前文提到的问题方面考虑也可能具有更出色的性能。

　　图9显示了AD8273配置为单端至差分放大器。每个放大器配置为G=2，因此差分增益为4×。

　　图9. AD8273单端转差分配置，G = 4

　　运算放大器的选择

　　ADI提供大量适合麦克风前置放大应用的各种运算放大器产品。图1显示了部分此类元件的规格，根据电压噪声进行分类。不管您的应用旨在实现最佳性能还是您需要设计一个性价比高的电路，总有一款应用放大器能够满足您的需要。

　　性能仿真

　　ADI提供了用于仿真模拟电路的工具。NI Multisim器件评估板的ADI版本可用于快速建立一个电路并显示其性能规格，包括频率响应和噪声电平。该Multisim版本包含了大部分该库中讨论的大部分运算放大器，可以无需从不同源下载和管理SPICE模型就实现快速仿真。不同器件，包括运算放大器，可置入电路或取出以比较不同器件的性能。

　　TOP7 麦克风阵列信号采集系统的设计

　　作为传统的语音拾取工具，单个孤立麦克风在噪声处理、声源定位和跟踪，语音提取和分离等方面存在不足，严重影响了语音通信质量。如果使用多个麦克风组成阵列，在时频域的基础上增加一个空间域，对来自空间不同方向的信号进行实时处理，就可以弥补上述不足。现在已有的麦克风阵列采集处理系统中，大多采用4路麦克风阵列，这类系统虽然在一定程度上能解决语音增强、噪音抑制、声源定位和回声抵消等问题，但由于4个麦克风个数较少，只能组成一字线阵，十字阵等几种特定的阵列形状，三维空间的方向及距离判断有较大的误差。设计的16通道麦克风采集系统能够组成麦克风面阵，弥补了上述不足，较好地解决了三维空间信号位置判断的问题。

　　一、硬件系统设计

　　该硬件系统主要包括16路麦克风构成的阵列、A／D采样模块、DSP数据处理模块、PC机，如图1所示。

　　1．1 麦克风阵列

　　该系统中，麦克风阵列选用声望公司的MPA416传声器。MPA416传声器的灵敏度可达50 mV／Pa；拥有低本底噪声；频率响应范围20 Hz～20 kHz；当其用于阵列时，MPA416的相位差能控制在3°～5°，能满足系统对精确度和稳定性的要求。

　　1．2 A／D采样模块

　　A／D采样模块由4片PCM4204以及其外围电路组成。PCM4204内置了4个同步采样通道，支持音频串口和DSD数据口。音频串口模式时，输出24 位线性PCM码，有主、被动两种工作模式，支持左、右对齐，I2S和TDM数据格式，动态范围为118 dB，最高采样频率216 kHz。系统选用1片PCM4204采用主动工作模式，其余3片PCM4204采用被动工作模式。通过音频串口将外部采集的模拟声音信号转化为24位 I2S格式数字信号。由于前端麦克风阵列的输出信号不是差分信号，而PCM4204要求输入信号为差分信号，同时要求输入差分信号幅值在-0．3～- 0．3+VccV之间，因此其每路信号的前端都应有一个缓冲电路，用来将所接收的麦克风信号转换为差分信号并对幅值进行调整。缓冲电路主要由 OPA1632和OPA22组成，OPA1632和OPA227是高精度、音频差分放大器，缓冲电路如图2所示。

　　1．3 DSP数据处理模块