选择适合MEMS麦克风前置放大应用的运算放大器（二）

电源电压

运算放大器的电压通常表示为一个范围，例如3 V至30 V，这标示了V+和V-电压引脚之间最小值和最大值的区别。运算放大器可以采用单电源将V-接地或者采用双极性电源将V+和V-分别设置为等值的正负值（例如±15 V）。

需要选择合适的电源电压以保证运算放大器的输出不对给定的电源轨削波。有些运算放大器以轨到轨方式工作，这表示输入或输出电压（取决于具体的参数）可以在不削波的情况下可以一直调到轨电压。如果运算放大器不是轨到轨方式，数据表中将标示最大输入和输出电压；请注意正负电压最大值可能不同。

信号的峰值输出电压显然与前置放大器电路提供的增益有关。ADMP504的峰值输出电压为0.25 Vrms。当ADMP504连接至增益为20 dB（10×增益）的前置放大器，其峰值输出电压为2.5 Vrms，即7.0 VP-P。因此，该电路需要至少7.0 V电源电压或±3.5的轨到轨输出运算放大器。如果运算放大器输出不是轨到轨，则电源电压需要更高值。

模拟MEMS麦克风工作电压为1.5 V至3.3 V。表1中列出的部分运算放大器最低电源电压为2.7 V，因此在低功耗单电源电路中麦克风的电源电压VDD必须介于2.7和3.3 V之间。

表1. 音频运算放大器

增益带宽积

增益带宽积（GBP）正如其名，是放大器带宽（采用低通-3 dB转折）和加于输入信号上的增益的乘积。大部分针对MEMS麦克风的前置放大器设计不需要附加大于40 dB的增益，即因子为100。设计带宽至少为50 kHz的前置放大器应该提供部分余量保证运算放大器的带宽限制不会影响更高的音频频率。带6.5 MHz GBP的运算放大器，例如ADA4075-2，在一个增益为40 dB的电路中将在信号开始滚降之前的通带最高为65 kHz。

数据手册中典型性能特性部分绘制的规格曲线为增益与频率的关系。这张ADA4075-2数据手册中的图（见图3）显示了运算放大器的开环增益与频率的关系。

图3. ADA4075-2开环增益和相位与频率的关系

其他规格

此外根据电路具体的用处，还需要考虑其他规格。例如，如果前置放大器需要驱动低阻抗负载，例如耳机，您将需要选择具有高驱动能力的运算放大器。

运算放大器的电源电流通常指放大器的空载电流。低功耗电路设计显然采用低电源电流的运算放大器最合适。运算放大器的噪声和电源电流通常成反比，因此需要在音频性能和功耗之间进行取舍。

最后，也有些其他规格您不需要考虑。失调电压通常被认为是运算放大器的一个重要规格，但对于ac耦合的前置放大器应用并不重要。

电路

基本的前置放大器电路有两种设置：反相和同相。该部分描述了这两种设置的使用和优点。

此类电路不显示电源或旁通电容。虽然电源盒旁通电路对于电路性能非常重要，但是显示这两个规格对于描述前置运算功能并不重要。大部分运算放大器的数据手册和AN-202应用笔记：IC放大器耦合、接地以及随机应变中都包含您设计需要的更多有关去耦电容和接地技术的信息。您还可以在运算放大器数据手册中获得更多其它更专业的音频电路。

同相

同相前置放大器电路的输出和其输入极性相同。在信号极性需要保持不反相的应用中此类电路非常适合。图4显示的配置中同相运算放大器电路的增益为G = （R1 + R2）/R1。

图4.同相前置放大器电路

该配置具有非常高的输入阻抗，因为麦克风信号直接与运算放大器的同相输入直接相连。C1是由于MEMS麦克风输出偏置在0.8V而采用的一个隔直电容。该电容在该配置中不需要非常大，因为运算放大器的输入阻抗非常高。

相对于反相拓扑而言，同相拓扑电路更需要考虑共模抑制规格。在同相电路中，共模电压能导致输出信号的失真。运算放大器的数据手册通常会显示共模抑制比（CMRR）与频率的关系供您参考，用于决定音频频带中某个具体器件的性能。这对于反相电路则不是问题，因为反相电路没有动态共模电压；两个输入都保持为接地或虚拟接地。

反相

图5显示了一个反相运算放大器的电路。该电路的输出极性与输入反相，增益为G =-R2/R1。

图5. 反相前置运算电路

反相电路的输入阻抗等于R1。该电阻成了MEMS麦克风输出的电压分压器，因此需要选择足够高的电阻值不加载麦克风的输出，但也不能太大，为电路增加不必要的噪声。模拟MEMS麦克风通常具有200Ω的输出阻抗。如果R1选为2.0 kΩ，则电压分频器会将麦克风的输出信号电平降低9%。

VOUT= （2.0 kΩ + 200Ω）/2.0 kΩ × VIN= 0.91 × VIN

直隔电容C1和R1会形成一个高通滤波器，因此C1应选择足够大的值以确保该滤波器不会干扰麦克风的输入信号。ADMP504的低频转折点为100 Hz。如果R1再次选择2.0 kΩ，则2.2μF电容将形成一个频率为40 Hz的-3 dB高