一種低噪音的汽車(chē)麥克風(fēng)設計方案

汽車(chē)用戶(hù)車(chē)廂內音響的體驗要求越來(lái)越高，這使得電子工程師在汽車(chē)車(chē)廂音響系統設計時(shí)更加謹慎，如何設計出噪音等級降低的汽車(chē)麥克風(fēng)。本文為大家介紹一種汽車(chē)麥克風(fēng)設計，不僅降低噪音等級，還可以提供極有效的故障診斷。如果出現重要故障狀況，還能提供保護。

新一代的電流感測穩壓器IC提供簡(jiǎn)單的集成方案，為汽車(chē)音響及信息娛樂(lè )系統應用中的大多數類(lèi)型外部麥克風(fēng)供電。它們能夠監測負載狀態(tài)，因而能夠提供極有效的故障診斷。如果出現重要故障狀況，它們還提供保護。

汽車(chē)購買(mǎi)者對配備更高等級功能和更高品質(zhì)音響的更先進(jìn)汽車(chē)信息娛樂(lè )系統的需求越來(lái)越高，他們也開(kāi)始期望車(chē)廂內的噪音等級降低。因此，越來(lái)越常見(jiàn)電子工程師在其系統設計中指定麥克風(fēng)，從而使汽車(chē)乘客能在旅行時(shí)擁有更佳的用戶(hù)體驗。

通常情況下，有兩種車(chē)載應用要求麥克風(fēng)——即語(yǔ)音檢測和主動(dòng)噪聲消減(ANC)。

1. 語(yǔ)音檢測 – 連接至手機的語(yǔ)音流要求此功能。它通常透過(guò)藍牙無(wú)線(xiàn)同步傳輸來(lái)承載。

2. ANC – 用于路面噪聲消減(RNC)及發(fā)動(dòng)機級噪聲消減(EOC)，用于分別降低路面及發(fā)動(dòng)機/排氣噪聲。此功能的實(shí)現憑借的是利用先進(jìn)的數字信號處理(DSP)算法以及信息娛樂(lè )系統的放大器和負載揚聲器輸出，以產(chǎn)生經(jīng)過(guò)放大的反相(anti-phase)噪聲。如今，ANC技術(shù)在內燃發(fā)動(dòng)機汽車(chē)RNC及EOC方面的應用正大幅增多。

雖然語(yǔ)音傳輸傾向于使用單個(gè)(全向或單向型)麥克風(fēng)，但三維ANC主要依賴(lài)于位于車(chē)廂內部不同部分的多個(gè)誤差麥克風(fēng)。對于這些應用而言至關(guān)重要的是極低的噪聲偏置。此外，由于它們位于信息娛樂(lè )系統外部，這兩種情況下也要求有效的故障檢測。

關(guān)鍵的麥克風(fēng)供電要求

通常情況下，汽車(chē)麥克風(fēng)消耗的電流相對較低，具體則取決于麥克風(fēng)阻抗及集成放大級的類(lèi)型。典型的單向麥克風(fēng)的電流消耗可能低至0.5 mA，而全向波束成形麥克風(fēng)則可能消耗20 mA電流。根據所要求的信噪比(SNR)及集成放大器類(lèi)型的不同，供電電壓可能會(huì )在1.0 V至15.0 V之間變化，但大部分供電電壓電平介于5.0 V至8.0 V范圍。偏置麥克風(fēng)輸入線(xiàn)路要求指定的電源具有低噪聲及低電源抑制比(PSRR)，特別是處在人耳可聽(tīng)范圍。這樣的要求就需要低噪聲線(xiàn)性穩壓器。

麥克風(fēng)的位置遠離信息娛樂(lè )系統也使情況變得更加復雜。位于外部的負載帶來(lái)了裝配及維護期間錯誤連接的風(fēng)險。因此，麥克風(fēng)電源需要能夠檢測錯誤連接并保護自身

麥克風(fēng)電源的原理

集成麥克風(fēng)穩壓器為分立電路或高邊開(kāi)關(guān)提供了具有吸引力的另一選擇，并提供充足的工作優(yōu)勢。內置電流鏡使其能夠檢測麥克風(fēng)，并診斷負載中的故障狀況——這在汽車(chē)裝配和維護期間尤為重要，因為在此期間可能存在信息娛樂(lè )系統、麥克風(fēng)或它們之間線(xiàn)纜出現故障或裝配錯誤的風(fēng)險。因此，存在麥克風(fēng)穩壓器輸出(VOUT)對地短路、開(kāi)路，或者機率較低的對電池短路等可能性。 麥克風(fēng)穩壓器優(yōu)勢

典型的分立診斷及保護電路可能包含多達20顆分立元件，涉及高裝配成本、復雜的失效模式及效應分析，以及消耗珍貴的微控制器資源來(lái)執行指令及控制功能。與之相反的是，集成麥克風(fēng)穩壓器是單顆IC，僅要求少量外部小信號元件。此外，集成方案細致地控制了技術(shù)參數，如限流精度及電流鏡，使制定故障策略、故障檢測閾值及最壞分析變得更加簡(jiǎn)單直接。透過(guò)麥克風(fēng)穩壓器控制可編程輸出電流及限流電平和IC啟用(enable)功能，可以達到分立電路設計固有的電路可編程能力方面的靈活性。提供精確及可調節的輸出電壓穩壓，包括明確界定的環(huán)路穩定性限制，表示受到完全保護的輸出可以設定為跟麥克風(fēng)輸入要求相關(guān)的目標輸出電壓，配以采用低成本標準等效串聯(lián)電阻(ESR)輸出電容的穩定環(huán)路。

應用示例

圖2顯示了采用標準應用設置的麥克風(fēng)穩壓器的示例。圖中使用的器件是安森美半導體新推出的NCV47551，這器件具有可調節輸出電壓，能采用外部電阻分壓器在3.3 V與20 V之間設定輸出電壓。從穩壓器電流感測輸出(CSO)引腳獲得的鏡電流——此電流與負載電流的比例為固定值(通常是1:1)——可以被監測為固定電阻對地的電壓(VCSO)，并且可以使用模數轉換器(ADC)來(lái)采樣。電阻值RCSO還設定限流閾值電平。通過(guò)監測CSO電壓，電流鏡可以用于區分開(kāi)路、對地短路及正常工作條件。

由于麥克風(fēng)負載電流通常如此之低，電流鏡比例需要設定為不會(huì )導致開(kāi)路檢測問(wèn)題的值。在開(kāi)路事件中，CSO電流將降至其最低值。但它需要保持足夠高，以確保ADC輸入電容在其采樣和維持時(shí)間常數范圍內充電。盡管這ADC本身也是CSO引腳的一個(gè)負載，由于CSO引腳結合了限流及電流監測功能，如果檢測電流電平閾值太低的話(huà)，此負載可能會(huì )影響限流值。因此，在鏡電流比例為1:1的情況下，就可以省去外部緩沖器了。

通過(guò)監測VCSO值，可以使用ADC來(lái)檢測各種故障條件。在VOUT對地短路狀況中，負載阻抗下降至0，或者接近0，導致負載電流上升并觸發(fā)外部設定的電流極限，輸出電壓成正比反走。這導致VCSO瞬時(shí)上升至其上限。提供的第二重保護功能是使用設定為內部固定值、環(huán)路響應比預設電流極限更快的第二個(gè)默認電流極限，確保啟動(dòng)時(shí)的限流。還有更進(jìn)一步的保護，即使用位置跟穩壓器線(xiàn)性旁路元件相鄰的熱感測器件(TSD)檢測的限熱閾值，以確保不超過(guò)最大結溫。如果此閾值被超過(guò)，那么穩壓器將自我關(guān)閉，直到恢復原來(lái)狀態(tài)。