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1、一种用于驻极体麦克风的数字前置放大器设计刘岩1 华斯亮1 ，2 王东辉侯朝焕1( i 巾阑科学院声学所，= 艺窳I o o l 9 0 ：2 。t p 网垂i 学院研究生院。北京1 0 0 1 9 0 )祷蔓：传统的模拟黉兜风由1 二自身抗干就髓力麓，嘏赡满匙新一代侮撅系统瓣辅入潴的螫球。本文抛出r 种数字舯籁赦大器技术，W 以与城搬体瀣克风进打淹缱连接，能够将瘦晓飙产鬃舶徽霸纳电铬蟹程疆转换绒纛搜觳警设计平台所荫的撤譬佰碍能够对信号进行研编穰增益放火。挝露蕊向硬携式缒嘲的宽电胍攫溯稀低功耗设汁。溱试结襞瓷喇数字前嚣渡火德幼态蕊溺达到8 8 d B ，莓效 | f l 入参苓曦声为5 D V
2、m l s 。J E 辩工作功耗为7 2 0 1 J W ，体赋模炎F 溺耗电流不翘过l O 从，转统模拟凌觅风搁比。散警耱鬣放犬嚣丰匐成的敛掌蜜觅风W 以摊佚更好的侬嗡比、也黼的集成度、篼低的功耗莉l 照强的钪一 二扰能力。关键谲：簸字爱兜风：连续时闷积分辩：僬撩菠线性稳肼童器：j ；l 板体电露浚兜风D e s i g no faD i g i t a lP r e - A m p l i f i e rf o rE l e c t r e tM i c r o p h o n e sL I U ，H U AS i l i a n g 哆W A N GD o n g h u i1 ，H O
3、 UC h a o h u a n 。( I n s t i t u t eo f A c o u s t i c s ，C h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e s B e i j i n gi0 019 0 ，C h i n a )A b s t r a c t ：A n a l o gm i c r o p h o n ei se a s yt ob ed i s t u r b e db ye n v i r o n m e n t T h e r e f o r e i ti sd i f f i c u I tt os a t i s f
4、 yt h er e q u i r e m e n t so fn e wa u d i of r e q u e n c ys y s t e m 。I nt h i sp a p e r , w ed e s i g nad i g i t a lp r e - a m p l i f i e rw h i c hc a nb ec o n n e c t e dt oE C Mi nc l o s e 。I na d d i t i o n ，i tc a nc o n v e r ta n a l o gs i g n a lp r o d u c e db yE C Mi n t
5、od i g i t a ls i g n a l i sa b l el Oa m p l i f ys i g n a li np r o g r a m s a t i s f i e sw i d ev o l t a g es w i n ga n dl o wp o w e rc o n s u m er e q u i r e di np o r t a b l ea p p l i c a t i o n M e a s u r e m e n tr e s u l ts h o w st h a tt h ed y n a m i cr a n g eo fd i g i t
6、 a lp r e a m p l i f i e rr e a c h e s8 8 d B ；e q u i v a l e n ti n p u tr e f e r r e dn o i s ei s5 u V r m s ；t y p i c a lp o w e rc o n s u m e si s7 2 0 u W ；c u r r e l l td o e sn o te x c e e d5 0 u Ai ns l e e pm o d e C o m p a r e dw i t ha n a l o gm i c r o p h o n e ，E C Mw i t hd
7、 i g i t a lp r e - a m p l i f i e ro f f e r s b e t t e rS N R ，h i g h e ri n t e g r a t i o n 1 0 w e rp o w e rc o n s u m e ，s t r o n g e ra b i l i t yt Oc o m b a td i s t u r b a n c e 。K e y 、 ，o r d s ：D i g i t a lM i c r o p h o n e s ，C Ti n 协g m t o nL D 0 ，秘e M1 引言齑频髂感器( 又称浚兜风) 怒种
8、将外界街频饼譬转换成微弱的电信蟹的装鬣。传统的燮克飙旋 5 乏计上楚模拟的。通过一系列摸掇器件完成电储号的放大、调制与龠成，多数情况缀终通过横数转换器将模拟馆垮转换成数字佰吁进行藤续处理。在模拟技术巾，出于模拟佰号自身抗予扰能力簸，习；呵避免的受到射颁、电磁f 二扰和电源噪声的影响。使得翁呼猩传输路径量质鼹F 降，两j 像韵E 念格的信蟹质最。需爰火鼹作者简介：划崧，掰，颁m 。中科蹴声学所助理研究炭，：弘器瓣究矗阳沟檄拟电路没计、毅檄溆I 乜路i 筻i l ，驳泵地址：I E 阏耶两路2 1 垮巾科院声学所数笋系烧艇成铝验蹩，1 0 0 1 9 0 E - 心a il ：li ! ! 黧麴丛
9、l ：i 塑：! ! ：竺垒。额外的设计成术、物理黛问删设计时闻。人们对离质掇诲频通信体验满求的不断提蹒馊锝模拟淹克风檄赡满足其要求，例如，V O I P 电话 栩视颇会议渐流行，考虑到笔记奉电腑留其闳户之间的距离。这必通话将孺婴个豫为复楚的燮晓矾勰决方案，为达短传侉教，般瀣魄风被蜜装在艇希器c ”一，稚编解娼器则蜜装在电脑主体的坶扳上，倦统的设计巾从安装斑照豕器上的浚克风剜电臁主体母扳上的编解码器之间的传递惯号为模拟信蟹，有诈：多电缆线和电一f 噪声溺会对笔记术电脑盥冰器闵溺的小模拟声髓信蟹产：生一卜扰需登犬量的屏敞布线和过滤笼件来降低r 扰，对梭拟声裔馅譬的干扰成为影响裔额通铺性能的警簧冈
10、豢；弱姆，在掰。代乎帆纛频絮构巾，手机已经逐步演变成为种多通邀、多媒体的信息终端，对裔频的需求也镑i 接本的潘裔通信撼础上发生羲巨犬的变化而传统的模撒爱克风无法满足予机对丽积、功耗，商品质音频质爨的需求。水文提 l ：l 了种刚f 驻掇体电锌蠹兜风( E C M ) 的数字前鬣放大器技术，它吲以与E C M 进行涎缝连接，能够将E C M 产t 弘的微辎的电信蛩“髓接转换成后续敷宇设计平台所满的数宇信q 。，能够对信号进行可编程增益放火姐肖嘲I 句便携式成j j l 的宽电腿撄幼和低功耗没计。数字前溉放火器技术解决r 颥+ 代先避裔绷系统对输入端的要嫩，大大提- Y t r 传统模拟信号抟输路
11、径。E 的抗干扰能力，提蹴。r 摸揪佑号的抟输质辙，降低。r 物理空问翻设计成本。2 数字前置放大器结构设计数事时鬣放火器技术的设计思路就是裙摄能螓斓一块芯计究成从瀣娆飙擞拟输入判敲宇输出码流的所有。I ：作这样辘火火缨豁了裔频倍锗的健输路径掇黼了鬻频路径k 的抗千扰能力并疆节省7 物壤空闯平设计搿销。F 圈l 和罔2 分别给出r 转统模拟膏频信弩传输路径和使用数字前置放火 i i 芯片后的传输路径，W 以明显瓣融数字瀚麓放火器技术i I E 倍蛩传递过程中的优辫所张。传辱裕x | 鼍I 纛 碱l太兰二二隘手忑懑妊蠛，= 搭鹱嚣转撬嚣图l 传统音频信号传输路径艮j 弘I 渊姗_ I 数警臻灏放
12、大器甚片 蕺尹1 8 蟹图2 使用数字前量放大器的音频信号传输路经簸窜蒸港裁j l在抟统的静颧储号传镰路径一：i _ 】菱毙风产生的微弱的电倍号酋先通避一个和麦觅矾输 1 ：特性翔腿配的旗位缓冲嚣，然尉缀逍增益放火电路完成小僚放火。在鳆终冈作数字信譬处理时，还需要模数转换器究成模拟信譬到数警的转换。触后送入精续数字处牒芯片。在摧个酱频信蟹传输路径中每个阶段都会宙射频、电磁：l 二扰和电源噪声的影响特捌怒礁i 簿协缓冲誉l 擞蔬放大阶段，所影响的是抗予扰能力 艮筹的模拟储I 多。这样在传输路径中，裔频佰号的质“鼹会明显卜降。为r 克服干扰，需要颥外的设计歼销器l 物理空I I j ：l 。晰数字
13、瀚鬻放火辫敬计辘趑矧4 对l _ _ ：_ 述缺点丽开发的4 = l l 一披术。它将辫频信譬抟输路衽E 雕能缓冲、增菔放火和模数转换量三个输段台并= ：简化战个难独的嚣竹，究成从麦克风瓯接到数字铺譬的鞠f i l ，缩缝j - 礴颁俗譬的传输路径，缩短”r 扳级连线长度，捉商r 依噪比彝l 抗二卜摧能力。为一r 实现奠述功能，数字筒漩放火器糕体鳞构图如网3 所永。2三图3 数字前置放大器整体缩构图l ，A 下数密鲋谶放犬器包捅J ，一个三阶C T S C 衩分器结构的S i g m aD e l t a 调镧器。该调制器的第级采用连续时l i , J ( C T ) 1 5 1 | 构的积分
14、器，用寐完成和E C M 澎兜风的瞅抗龋醚、增益放火和第毁积分捧珂 ；第一：、兰级积分器采 _ j 电容，_ f ：焚 S C ) 绪构。量阶积分器j f l l 比较器构成鹪环雎比特的S i g m aD e l t a 调制器J 1 ；I 来完 成模数转换。一个稠温度蠢关的衢隙繁准源，产生和溢度无笑的蕊凝龟联；个带有时钟绷帛开关的低服菠线性稳蹶器，通便携式宽电压摆动，产生放犬器所需的：I ：佯电腿和参苟源并繁键休瞰模式；个时钟生成电躜粥求产生放火器蹶潘的l I i 熏髓时钟。传统的麦瓷风舒频恼垮传输路径中，嚣硬旗惋缓冲器、增盐放犬嚣翱模数转换嚣婶离激的模拟器件，1 _ | m 实鼯一I -
15、 这魑嚣件疑有一定的焚挫闲此觳譬前鬻) 救火嚣技术并= ：i f ；艇简啦的将邀兰个模拟器件敞在个芯片c 扎弼是捉出_ r 种将( = T 和S C 秘分器绐构继禽礁一起的瓤的S i g m aD e l t a 溯制器。通过第一级的C T移 分辫完成。r 单能缓冲和增益放火的船艴，这样裁缩斑了横拟齑颧精蟹的佟输路径，躐少了芯片嘲积并降低了功耗。时钟频率开炎的低聪蓑线性稳燧器( L E 日) 魁数字魏鬣放太器的童摊艰冗。它产生放大器所濡的工俸I 皂聪稚I 切参考源，弗通过时钟频率的太小控制电路的开崩翱关闭。借时钟捅帛开关的L D O 童娶融带隙撼准、频率控制啦源犴关、谈熬放火器、旁路元件和厦馓
16、湖络溉丈部分组成。带隙熬猴憝个工艺、电源和溢艘无关的踅流I 权压源，舆宵辐电源吃压抑伟l 和低温艘系数两犬特性是目前集成电路中应用疑多的辐性能电J 簸瑟准之。频察控制电源歼菇电器监控数字前髓放犬器的时钟频率，幽纣重钟频率小于俅眠颧率时肘L D O 发出休眠信号，使熬个披犬器进入休眠模式，灏时钟颇帛大干休眠频率时对L D O 发t t t 唤醒信母。电荷聚的输m 电胍吩时钟频率成派比刹雕这一特点设计个简貔的、低电流l l J 电衙裂使得肖时钟频率达到。定数能时输出电胍超避反栩勰的翻转电觚，实现利用颡攀褴铡电嬲琵哭的功能。3 版图与测试结莱数字潦髅放人器来J 羽S M I CO 1 8 p mI P 6 MC M O S1 ：艺，敝人器版罔如网4 所示，笛J 。K 、| ：r 为O 8 m m x l
