后台有网友私信,想了解音频伪差分电路设计,下面给粉丝朋友讲述下,希望能帮到他。

在手机音频领域的信号放大电路中,常常能看到伪差分电路设计,它是由单端接法演变而来,和单端接法的核心区别在于参考点的不同,而这决定了抑制周围环境噪声能力的不同。
我们首先要从单端接法开始讲起。
单端接法
这是最简单、最直观的接法,如下图,有2条信号线对外输出,其中一端就是赤裸裸的GND。给到芯片后,芯片内部的放大器放大OUTPUT与GROUND之间的电压差。

那为什么还要加电阻呢?
加电阻的目的是为了给麦克风内部的JFET提供偏置,使之能工作在放大的状态。

但需要选择多大的电阻呢?
这需要根据麦克风的参数来决定,电阻选择不合适,会降低放大电路的最大动态输出范围,我们可以先看下麦克风的规格书。

规格书中描述麦克风单体的工作电流是500uA,我们以此确定偏置电阻,确定静态工作点。假使Vcc供电为2V,则我们最好将静态工作点设在1V,则(2-1)/500uA,便得到Rbias 2K,我们可以选择2K周围的电阻。
如下图中的右图所示,将静态工作点,即偏置电压,设为电源的中点,可以得到最大的输出动态范围。就像美女跳舞一样,可以尽情舒展肢体,舞姿更为狂野;而左图和中图,因为偏置设置的不好,容易被切削,导致动态范围一般,就像美女在狭窄的空间里面跳舞,碰到头或崴到脚一样。

单端接法电路简单,所需元器件少,但其存在如下致命缺点:
- 无共模抑制能力。麦克风信号走线通常较长,会拾取环境中的噪声,放大器无法区分哪些是想要的麦克风信号,哪些是噪声,因此会一并放大,导致输出信号中有严重的背景噪声。
- 电路中的地非常容易因其他模块的工作而变脏,形成的地弹噪声容易对输出信号产生影响。
伪差分接法
为了抵抗噪声干扰,当前最流行的做法是将MIC接成差分输出,如下图所示。

这是一种对单端接法的巧妙改进,放大器将放大两个信号线之间的差值,如果这两条信号线之间有相同的噪声(共模噪声),则会被放大器抑制掉(运放有个共模抑制比参数,专门干这种事情的)。R1与R2的阻值相等,才有最好的共模抑制效果。
此外,地上面如果有噪声,将通过R2耦合到IN-,也会通过麦克风内部阻抗耦合到IN+,因此部分地噪声也被抑制了。
但需要说明的是,V+和V-并不构成真正意义上的差分信号,因为其信号上的直流偏置不相同,但是其变化部分,即交流部分是满足差分要求的。
我们可以先看下真正的差分信号长什么样,如下图,直流分量相同,交流分量幅度相同,相位相反,我们称之为真正的差分信号。

现在再看下当前电路信号表现,如下图,虽然交流分量幅度相同,相位相反,但是直流分量不同,不属于真正的差分信号,故也被称为伪差分信号。

即使直流偏置不同,也不用care,因为直流偏置会被后面的耦合电容block掉。
偏置电阻R1 = R2,R1+R2 = 2.2K,故R1和R2可选择1.1K的电阻。
然而R1和R2的阻值也可以选择的大一些,比如选择为2.2K的电阻。电阻值越大,功耗越小;其次能降低麦克风工作电流变化的敏感度,使得手机之间的一致性更好些。
R1和R2阻值过大的话,我们观察下图的三分压结构,会导致麦克风两端电压Vds过低,这将使JFET工作在线性区边缘,动态范围缩小,灵敏度降低。
