麦克风电路、麦克风模组及麦克风声压过载点提升方法与流程

麦克风电路、麦克风模组及麦克风声压过载点提升方法
【技术领域】
1.本发明涉及麦克风电路技术领域，尤其涉及一种应用于麦克风的麦克风电路、麦克风模组以及麦克风声压过载点提升方法。


背景技术：

2.随着智能移动设备的应用越来越广泛。用于将声音转换为电信号的麦克风越来越重要。将麦克风的信号驱动输出的麦克风电路影响智能移动设备的效果和性能。
3.请参考图1所示，图1为相关技术的麦克风电路的电路模块示意图。相关技术的麦克风电路包括放大器amp和电阻r。所述放大器amp用于将接收外部的麦克风mic输出的信号vin，并将所述信号vin放大后输出，输出信号为vout。所述电阻r的第一端用于连接至预设的偏置电压vbias。其中，偏置电压vbias电压值为0.8v。所述电阻r的第二端用于连接所述麦克风mic的输出端，且所述电阻r的第二端连接至所述放大器的输入端，并作为所述麦克风电路的输入端。所述电阻r的值为200g欧姆。所述放大器amp的输出端作为所述麦克风电路的输出端。其中，所述麦克风mic的第一端连接高电压偏置电压vcp，该电压为13.8v。所述麦克风mic的第二端作为所述麦克风mic的输出端。
4.然而，相关技术中所述麦克风电路中的麦克风mic输出的信号vin通过放大器amp进行线性放大成输出信号vout。在麦克风行业规定麦克风mic在接收到标准的1khz声压为94db的声音信号时，放大器输出的正弦信号的峰到峰的振幅为35.6mv。当声音信号增大时，放大器输出的振幅也同时增大。最终，输出信号vout将被放大器amp的电源电压vdd和接地gnd钳制。也就是说，麦克风mic的声压过载点(acoustic overload point，简称aop)受限制于放大器amp的电源电压vdd。当麦克风mic的声压过高时，输出信号vout被电源电压vdd和接地gnd钳制，导致相关技术中的麦克风电路线性度变差，即总谐波失真(total harmonic distortion，简称thd)变差，导致应用该麦克风电路的智能移动设备输出声音失真。
5.因此，实有必要提供一种新的麦克风电路、模组和方法解决上述技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种提升了麦克风声压过载点且电学性能好的麦克风电路、麦克风模组以及麦克风声压过载点提升方法。
7.为了实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供一种麦克风电路，其包括放大器和偏置电阻；所述放大器用于接收外部的麦克风输出的信号，并将所述信号放大后输出；所述偏置电阻的第一端用于连接至预设的偏置电压；所述偏置电阻的第二端用于连接所述麦克风的输出端，且所述偏置电阻的第二端连接至所述放大器的输入端，所述放大器的输入端作为所述麦克风电路的输入端；所述放大器的输出端作为所述麦克风电路的输出端；
8.所述麦克风电路还包括与所述麦克风电路的输入端连接的偏置网络模块，所述偏置网络模块用于对所述信号的电压值大小进行判断，若所述信号的电压值超出预设的阈值电压组的电压值范围，则将所述偏置网络模块所对应的阻抗连接至所述麦克风电路的输入
端，以减少所述信号的振幅；其中，所述阻抗与所述阈值电压组一一对应。
9.更优的，所述阈值电压组包括上阈值电压和下阈值电压，所述上阈值电压的电压值大于所述下阈值电压；所述阈值电压组的电压值范围为小于或者等于所述上阈值电压，且大于或等于所述下阈值电压电压值。
10.更优的，所述偏置网络模块包括第一偏置网络电路，所述第一偏置网络电路包括第一pmos管、第一nmos管以及第一阻抗；
11.所述第一pmos管的源极用于连接至第一下偏置电压，所述第一pmos管的漏极分别连接至所述第一nmos管的漏极和所述第一阻抗的第一端；
12.所述第一pmos管的栅极用于连接至所述麦克风电路的输入端，且所述第一pmos管的栅极分别连接至所述第一nmos管的栅极和所述第一阻抗的第二端；
13.所述第一nmos管的源极用于连接至第一上偏置电压；
14.其中，所述第一偏置网络电路的上阈值电压为所述第一上偏置电压的电压值与所述第一nmos管的n型晶体管开启阀值电压的电压值的总和，所述第一偏置网络电路的下阈值电压为所述第一下偏置电压的电压值与所述第一pmos管的p型晶体管开启阀值电压的电压值的总和。
15.更优的，所述偏置网络模块还包括第n偏置网络电路，n为正整数且满足：n≥2；所述第n偏置网络电路包括第npmos管、第nnmos管以及第n阻抗；
16.所述第npmos管的源极用于连接至第n下偏置电压，所述第npmos管的漏极分别连接至所述第nnmos管的漏极和所述第n阻抗的第一端；
17.所述第npmos管的栅极用于连接至所述麦克风电路的输入端，且所述第npmos管的栅极分别连接至所述第nnmos管的栅极和所述第n阻抗的第二端；
18.所述第nnmos管的源极用于连接至第n上偏置电压；
19.其中，所述第n偏置网络电路的上阈值电压为所述第n上偏置电压的电压值与所述第nnmos管的n型晶体管开启阀值电压的电压值的总和，所述第n偏置网络电路的下阈值电压为所述第n下偏置电压的电压值与所述第npmos管的p型晶体管开启阀值电压的电压值的总和；
20.且，所述第一上偏置电压小于所述第n上偏置电压，所述第n下偏置电压小于所述第一下偏置电压。
21.更优的，所述放大器包括恒流源和第一晶体管；
22.所述恒流源的输入端连接至电源电压；
23.所述恒流源的输出端连接至所述第一晶体管的源极，且所述第一晶体管的源极作为所述麦克风电路的输出端；
24.所述第一晶体管的栅极作为所述麦克风电路的输入端，所述第一晶体管的漏极连接至接地。
25.第二方面，本发明实施例还提供一种麦克风模组，其包括麦克风电容和如本发明实施例提供上述的麦克风电路，所述麦克风电容的第一端连接至麦克风偏置电压，所述麦克风电容的第二端连接至所述麦克风电路的输入端，其中，所述麦克风电容为麦克风连接至所述麦克风电路的输入端时等效形成。
26.第三方面，本发明实施例还提供一种麦克风声压过载点提升方法，其应用于麦克
风电路，所述麦克风电路包括放大器和偏置电阻；所述放大器用于接收外部的麦克风输出的信号，并将所述信号放大后输出；所述偏置电阻的第一端用于连接至预设的偏置电压；所述偏置电阻的第二端用于连接所述麦克风的输出端，且所述偏置电阻的第二端连接至所述放大器的输入端，所述放大器的输入端作为所述麦克风电路的输入端；所述放大器的输出端作为所述麦克风电路的输出端；该方法包括如下步骤：
27.步骤s1、接收所述信号；
28.步骤s2、对所述信号的电压值是否超出预设的阈值电压组的电压值范围进行判断：
29.若是，则将预设的阻抗连接至所述麦克风电路的输入端连接，以减少所述信号的振幅；
30.若否，则将接收的所述信号发送至所述放大器的输入端；
31.其中，所述阻抗与所述阈值电压组一一对应。
32.更优的，所述阈值电压组包括n个，所述阻抗包括n个，每一所述阈值电压组与一个所述阻抗相对应。
33.与现有技术相比，本发明提供的麦克风电路通过在连接外部麦克风的输出端的位置设置偏置网络模块，并通过偏置网络模块对麦克风输出的信号的电压值大小进行判断，若所述信号的电压值超出预设的阈值电压组的电压值范围，则将所述偏置网络模块所对应的阻抗连接至所述麦克风电路的输入端，以减少所述信号的振幅。该电路结构使得在所述信号的振幅超过预设的电压值范围时，通过额外连接预设的阻抗，从而使得麦克风的输出端的等效负载电阻变小，从而将所述信号的振幅减少，使得放大器的输出信号的振幅在放大器的电源电压和接地的钳制范围内。因此，本发明提供的麦克风电路、麦克风模组以及麦克风声压过载点提升方法提升了麦克风声压过载点，使得总谐波失真性能好，从而使得输出的电学信号好。
【附图说明】
34.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
35.图1为相关技术的麦克风电路的应用电路图；
36.图2为本发明麦克风电路的电路模块示意图；
37.图3为本发明麦克风电路的一种实施例的电路图；
38.图4为本发明麦克风电路的另一种实施例的电路图；
39.图5为本发明麦克风模组的电路模块示意图；
40.图6为本发明麦克风声压过载点提升方法的流程框图。
【具体实施方式】
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
42.(实施例一)
43.本发明实施例提供一种麦克风电路100。
44.请参阅图2，图2为本发明麦克风电路的电路模块示意图。所述麦克风电路100包括放大器1、偏置电阻r1和偏置网络模块2。
45.所述放大器1用于接收外部的麦克风mic输出的信号vin，并将所述信号vin放大后输出。
46.所述偏置电阻r1的第一端用于连接至预设的偏置电压vbias；所述偏置电阻r1的第二端用于连接所述麦克风mic的输出端，且所述偏置电阻r1的第二端连接至所述放大器1的输入端。所述放大器1的输入端作为所述麦克风电路100的输入端。所述放大器1的输出端作为所述麦克风电路100的输出端。
47.偏置网络模块2与所述麦克风电路100的输入端连接。所述偏置网络模块2用于对所述信号vin的电压值大小进行判断，若所述信号vin的电压值超出预设的阈值电压组的电压值范围，则将所述偏置网络模块2所对应的阻抗连接至所述麦克风电路100的输入端，以减少所述信号vin的振幅。其中，所述阻抗与所述阈值电压组一一对应。
48.具体的，所述阈值电压组包括上阈值电压和下阈值电压。所述阈值电压组的电压值范围为小于或者等于所述上阈值电压。且大于或等于所述下阈值电压电压值。
49.所述麦克风电路100的电路结构使得在所述信号vin的振幅超过预设的电压值范围时，通过额外连接预设的阻抗，从而使得麦克风mic的输出端的等效负载电阻变小，从而将所述信号vin的振幅减少，使得所述放大器1的输出信号vout的振幅在所述放大器1的电源电压vdd和接地gnd的钳制范围内。因此，本发明提供的麦克风电路100提升了麦克风声压过载点aop，使得总谐波失真thd性能好，从而使得输出的电学信号好。
50.所述阻抗为电容阻抗或电阻阻抗。本实施例中，所述阻抗为可变电容阻抗，电容阻抗可以更好实现将麦克风mic的输出端的等效负载电阻变小，从而将所述信号vin的振幅减少。
51.(实施例二)
52.本发明的实施例二提供一种麦克风电路200。其中，所述麦克风电路200为实施例一中的麦克风电路100的一种具体电路。
53.请参阅图3，图3为本发明麦克风电路200的实施例二的电路图。
54.所述放大器1包括恒流源ib和第一晶体管m1。所述第一晶体管m1为pmos管。本实施例二中，所述放大器1为源跟随器。
55.所述恒流源ib的输入端连接至电源电压vdd。
56.所述恒流源ib的输出端连接至所述第一晶体管m1的源极。
57.所述第一晶体管m1的源极所述恒流源ib的输出端作为所述麦克风电路100的输出端。
58.所述第一晶体管m1的栅极作为所述麦克风电路100的输入端。
59.所述第一晶体管m1的漏极连接至接地gnd。
60.所述偏置网络模块2包括第一偏置网络电路21。
61.具体的，所述第一偏置网络电路21包括第一pmos管mp1、第一nmos管mn1以及第一阻抗z1。
62.所述第一pmos管mp1的源极用于连接至第一下偏置电压vb1p，所述第一pmos管mp1的漏极分别连接至所述第一nmos管mn1的漏极和所述第一阻抗z1的第一端。
63.所述第一pmos管mp1的栅极用于连接至所述麦克风电路100的输入端，且所述第一pmos管mp1的栅极分别连接至所述第一nmos管mn1的栅极和所述第一阻抗z1的第二端。
64.所述第一nmos管mn1的源极用于连接至第一上偏置电压vb1n。
65.其中，所述第一偏置网络电路21的下阈值电压为所述第一下偏置电压vb1p的电压值与所述第一pmos管mp1的p型晶体管开启阀值电压的电压值vthp的总和，所述第一偏置网络电路21的上阈值电压为所述第一上偏置电压vb1n的电压值与所述第一nmos管mn1的n型晶体管开启阀值电压vthn的电压值的总和。
66.以下以所述麦克风电路200的工作原理进行说明：
67.当外部的麦克风mic接收的外部声压较小时，即麦克风mic输出的所述信号vin的幅度较小时，所述信号vin满足：vin《vb1n vthn,vin》vb1p-vthp。所述第一pmos管mp1和所述第一nmos管mn1均断开，麦克风mic的负载主要是所述偏置电阻r1，本实施例中，所述偏置电阻r1阻值通常设置为200gω。因为所述偏置电阻r1电阻值很大，不会对信噪比造成显著降低。
68.当外部的麦克风mic接收的外部声压较大时，即麦克风mic输出的所述信号vin的幅度较大时，所述信号vin满足：当vin》vb1n vthn时,所述第一nmos管mn1导通，或者当vin《vb1p-vthp时，所述第一pmos管mp1导通，所述第一偏置网络电路21的所述第一阻抗z1开始加载到麦克风mic的输出端上。由所述第一阻抗z1和所述偏置电阻r1的电路连接关系，出现电压分压效应，所述信号vin的振幅被所述第一阻抗z1压缩。因此，对于相同的声压，所述信号vin的振幅比相关技术中的麦克风电路的所述信号vin要小，从而在输出信号vout可以正常输出，不会出现输出信号vout被所述放大器1的电源电压vdd和接地gnd钳制而波形变平。因此，需要更大的外部声压，输出信号vout才会被所述放大器1的电源电压vdd和接地gnd钳制，因此整体电路的声压过载点aop得到提升，使得总谐波失真thd性能好，从而使得输出的电学信号好。
69.(实施例三)
70.本发明的实施例三提供一种麦克风电路300。
71.请参阅图4，图4为本发明麦克风电路300的实施例三的电路图。其中，麦克风电路300为实施例二中的麦克风电路200的区别为：所述偏置网络模块2还包括第n偏置网络电路2n，n为正整数且满足：n≥2；所述第n偏置网络电路包括第npmos管mpn、第nnmos管mnn以及第n阻抗zn。
72.所述第npmos管mpn的源极用于连接至第n下偏置电压vbnp，所述第npmos管mpn的漏极分别连接至所述第nnmos管mnn的漏极和所述第n阻抗zn的第一端。
73.所述第npmos管mpn的栅极用于连接至所述麦克风电路的输入端，且所述第npmos管mpn的栅极分别连接至所述第nnmos管mnn的栅极和所述第n阻抗zn的第二端。
74.所述第nnmos管mnn的源极用于连接至第n上偏置电压vbnn。
75.其中，所述第n偏置网络电路的下阈值电压为所述第n下偏置电压vbnp的电压值与
所述第npmos管mpn的p型晶体管开启阀值电压的电压值的总和，所述第n偏置网络电路的上阈值电压为所述第n上偏置电压vbnn的电压值与所述第nnmos管mnn的n型晶体管开启阀值电压的电压值的总和。
76.本发明麦克风电路300相当于在实施例二的麦克风电路200基础上添加了n个偏置网络电路，即添加了n个所述第一偏置网络电路21，也就是说，所述偏置网络模块2包括所述第一偏置网络电路21、...第n偏置网络电路2n，相当于将所述偏置网络模块2分成n段，依次加入所述第一阻抗z1、第二阻抗、...以及所述第n阻抗zn到麦克风mic的负载，对麦克风mic输出的所述信号vin实现分段压缩。其中
77.所述第一上偏置电压vb1n小于所述第n上偏置电压vbnn。即所述第n上偏置电压vbnn大于所述第一上偏置电压vb1n。vb1n《
…
《vbnn，即所述第一上偏置电压vb1n的电压值向所述第n上偏置电压vbnn的电压值的方向设置越来越高。
78.所述第n下偏置电压vbnp小于所述第一下偏置电压vb1p。即所述第一下偏置电压vb1p大于所述第n下偏置电压vbnp。vb1p》
…
》vbnp，即所述第一下偏置电压vb1p的电压值向所述第n下偏置电压vbnp的电压值的方向设置越来越低。该设置使得所述偏置网络模块2分成n段，使得麦克风mic输出的所述信号vin的幅度越大，所述偏置网络模块2通过不断增加连接的阻抗越多，所述信号vin的振幅被连续并联的阻抗压缩，麦克风mic上的等效负载阻抗越小，所述信号vin的振幅减少，从而在输出信号vout可以正常输出。
79.(实施例四)
80.本发明的实施例四提供一种麦克风模组400。
81.请参阅图5，图5为本发明麦克风模组400的电路模块示意图。
82.所述麦克风模组400包括麦克风电容3和所述麦克风电路100，所述麦克风电容3的第一端连接至麦克风偏置电压vcp，所述麦克风电容3的第二端连接至所述麦克风电路100的输入端。其中，所述麦克风电容3为麦克风器件连接至所述麦克风电路100的输入端时等效形成。
83.(实施例五)
84.本发明的实施例五提供一种麦克风声压过载点提升方法。
85.麦克风声压过载点提升方法应用于麦克风电路。所述麦克风电路包括放大器和偏置电阻。所述放大器用于接收外部的麦克风输出的信号，并将所述信号放大后输出。所述偏置电阻的第一端用于连接至预设的偏置电压。所述偏置电阻的第二端用于连接所述麦克风的输出端，且所述偏置电阻的第二端连接至所述放大器的输入端，所述放大器的输入端作为所述麦克风电路的输入端。所述放大器的输出端作为所述麦克风电路的输出端。即本发明的麦克风声压过载点提升方法可应用于麦克风电路100、麦克风电路200、麦克风电路300以及麦克风模组400。
86.请参阅图6，图6为本发明麦克风声压过载点提升方法的流程框图。
87.本发明麦克风声压过载点提升方法包括如下步骤：
88.步骤s1、接收所述信号。
89.步骤s2、对所述信号的电压值是否超出预设的阈值电压组的电压值范围进行判断：
90.若是，则将预设的阻抗连接至所述麦克风电路的输入端，以减少所述信号的振幅；
91.若否，则将接收的所述信号发送至所述放大器的输入端；
92.其中，所述阻抗与所述阈值电压组一一对应。
93.本发明麦克风声压过载点提升方法使得在所述信号的振幅超过预设的电压值范围时，通过额外连接预设的阻抗，从而使得麦克风的输出端的等效负载电阻变小，从而将所述信号的振幅减少，使得放大器的输出信号的振幅在放大器的电源电压和接地的钳制范围内，从而提升了麦克风声压过载点，使得总谐波失真性能好，从而使得输出的电学信号好。
94.本实施例中,所述阈值电压组包括n个。所述阻抗包括n个。每一所述阈值电压组与一个所述阻抗相对应。该设置使得所述阈值电压组分成n个，使得麦克风输出的所述信号的幅度越大，并通过不断增加连接的阻抗越多，所述信号的振幅被连续并联的阻抗压缩，麦克风上的等效负载阻抗越小，所述信号的振幅减少，从而在输出信号可以正常输出，从而提升了麦克风声压过载点，使得总谐波失真性能好，从而使得输出的电学信号好。
95.需要指出的是，本实施例采用的电阻、电容、麦克风、阻抗、恒流源和晶体管均为本领域常用的电路模块或器件，使用者根据设计的指标选择型号和参数性能，在此，不作详细赘述。与现有技术相比，本发明提供的麦克风电路通过在连接外部麦克风的输出端的位置设置偏置网络模块，并通过偏置网络模块对麦克风输出的信号的电压值大小进行判断，若所述信号的电压值超出预设的阈值电压组的电压值范围，则将所述偏置网络模块所对应的阻抗连接至所述麦克风电路的输入端，以减少所述信号的振幅。该电路结构使得在所述信号的振幅超过预设的电压值范围时，通过额外连接预设的阻抗，从而使得麦克风的输出端的等效负载电阻变小，从而将所述信号的振幅减少，使得放大器的输出信号的振幅在放大器的电源电压和接地的钳制范围内。因此，本发明提供的麦克风电路、麦克风模组以及麦克风声压过载点提升方法提升了麦克风声压过载点，使得总谐波失真性能好，从而使得输出的电学信号好。
96.以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。