麦克风（Microphone)电路设计

一、Microphone的不同类型

在汽车中使用的Microphone有两种不同的类型，主要区别在于其供电方式：

1）、Phantom Power Microphone

图1.1， Phantom Power Microphone

Phantom Power是指电源与信号公用一根线束，这样设计的好处是减少了线束的数量。电源是直流信号，音频信号是交流信号（20HZ~20KHZ），两者之间有一定的隔离度，所以它们是可以共存的，然后通过隔直电容进行音频信号的拾取。

使用Phantom Power供电的Microphone需要配置一个偏置电阻来实现音频信号的拾取，如图1.2。

图1.2， Phantom Power Microphone外围电路框图

偏置电阻的配置原则是使音频信号在静态时的电位正好处于电源供电的中间位置，也就是说Microphone的输出：V_bias=1/2*Vcc_mic。

由此推导R_bias的配置：

R_bias=1/2*Vcc_mic/I_mic

某车载Microphone的参数如下：

1）、工作电流：6±3mA

2）、工作电压：8±0.8V

所以，R_bias=1/2*Vcc_mic/I_mic=0.5*8/0.006=666.7Ohm，就近取值R_bias=680 Ohm，如图1.3。

图1.3， Phantom Power Microphone外围电路设计示意

Microphone的电流摆幅为+/-3mA，转化为音频信号的电压摆幅为：

Vac_mic=(+/-)3*680/1000，约(+/-)2伏；

Vbias_mic=8-680*6/1000，约4伏。

Microphone输出信号的电压范围为： 2伏~6伏，无声音时为4伏，如图1.4。

图1.4，Microphone的输出信号

2）、DC Power Microphone

图1.5，DC Power Microphone

这种类型的Microphone的电源与音频输出信号是分离的，所以相比Phantom Microphone需要多一根额外的电源线，如图1.5。

二、Microphone的电源设计

车规产品的设计需要考虑的要素比较多，尤其是与外部设备进行相连的输入/输出接口。

需要保证的基本点是：输出被短接到电池（STB： Short to Battery)怎么办？输出短接到地线（STG： Short to Ground）怎么办？总之，最低要求是不能被损坏，特别是对外输出的电源来说。

举例说明，Phantom Power Microphone的外围电路设计。

（1）、D1的作用是当输出端子MIC+被短路至电池电压时，隔断UG8V_MIC与UBATT，确保系统电源的安全；

（2）、R1与C1是简易的电源滤波电路，可根据实际情况选配；

（3）、R2是Microphone的直流偏置电阻，作用是配置Microphone输出信号的中心电位；

（4）、C2是隔直电容，作为Microphone的音频输出通道；

（5）、R3与R4是Microphone的诊断电路：

a、Microphone已被连接；

b、Microphone未被连接；

图1.6， Phantom Power Microphone的外围电路设计

三、Microphone的音频拾取

图1.7， Microphone音频信号的拾取

如图1.7所示，Microphone的信号拾取过程是首先由隔直电容及低通滤波器组成带通滤波器，拾取一定带宽内的信号（一般为100HZ~7KHZ or 8KHZ），然后进行增益放大或衰减以符合ADC的量程范围。

Microphone信号经ADC转化之后转成数字信号，然后通过一系列的音频算法实现系统的功能需求，如语音识别、语音通话等。

图1.8， Microphone音频信号的拾取

图1.8是详细的Microphone电路，包括Phantom Power，Diagnosis及滤波电路（带宽设计如图1.9）。

图1.9， Microphone音频信号的滤波器

四、Microphone的指向性

指向性是指Microphone对于来自不同角度声音的灵敏度，规格书上常用Polar Pattern来表示，如图1.10示意。Polar Pattern示意图中，虚线圆形的上方代表Microphone的前方，下方则代表Microphone的后方。

图1.20，Microphone的Polar Pattern （Picture is from Wiki)

在汽车应用时，周遭环境噪音大，所以希望Microphone在语音拾取时尽可能地回避周遭的噪音的干扰，因此必须采用心型指向的Microphone。

图1.21，车载Microphone需求更窄的指向性

如果汽车需求更为严苛的指向性，单个Microphone无法满足时，则需要采用Microphone阵列来实现，如图1.22是由三个Microphone组成的Microphone阵列。通过一系列的算法运算，最终满足窄指向性的需求。

图1.22，Microphone阵列

图1.23，Microphone阵列的算法示意

图1.24，使用Microphone阵列实现窄向指向效果示意