轿车购买者对装备更高等级功用和更高质量音响的更先进轿车信息文娱体系的需求越来越高,他们也开端希望车厢内的噪音等级下降。因此,越来越常见电子工程师在其体系规划中指定麦克风,然后使轿车乘客能在旅行时具有更佳的用户体会。
一般情况下,有两种车载运用要求麦克风——即语音检测和自动噪声消减(ANC)。
1. 语音检测 – 衔接至手机的语音流要求此功用。它一般透过蓝牙无线同步传输来承载。
2. ANC – 用于路面噪声消减(RNC)及发动机级噪声消减(EOC),用于别离下降路面及发动机/排气噪声。此功用的完成凭仗的是运用先进的数字信号处理(DSP)算法以及信息文娱体系的扩大器和负载扬声器输出,以发生通过扩大的反相(anti-phase)噪声。现在,ANC技能在内燃发动机轿车RNC及EOC方面的运用正大幅增多。
尽管语音传输倾向于运用单个(全向或单向型)麦克风,但三维ANC首要依赖于坐落车厢内部不同部分的多个差错麦克风。关于这些运用而言至关重要的是极低的噪声偏置。此外,因为它们坐落信息文娱体系外部,这两种情况下也要求有用的毛病检测。
要害的麦克风供电要求
一般情况下,轿车麦克风耗费的电流相对较低,详细则取决于麦克风阻抗及集成扩大级的类型。典型的单向麦克风的电流耗费或许低至0.5 mA,而全向波束成形麦克风则或许耗费20 mA电流。依据所要求的信噪比(SNR)及集成扩大器类型的不同,供电电压或许会在1.0 V至15.0 V之间改变,但大部分供电电压电平介于5.0 V至8.0 V规模。偏置麦克风输入线路要求指定的电源具有低噪声及低电源按捺比(PSRR),特别是处在人耳可听规模。这样的要求就需求低噪声线性稳压器。
麦克风的方位远离信息文娱体系也使情况变得愈加杂乱。坐落外部的负载带来了安装及维护期间过错衔接的危险。因此,麦克风电源需求可以检测过错衔接并维护自身。
麦克风电源的原理
集成麦克风稳压器为分立电路或高边开关供给了具有吸引力的另一挑选,并供给足够的作业优势。内置电流镜使其可以检测麦克风,并确诊负载中的毛病情况——这在轿车安装和维护期间尤为重要,因为在此期间或许存在信息文娱体系、麦克风或它们之间线缆呈现毛病或安装过错的危险。因此,存在麦克风稳压器输出 (VOUT)对地短路、开路,或许机率较低的对电池短路等或许性。
麦克风稳压器优势
典型的分立确诊及维护电路或许包含多达20颗分立元件,触及高安装本钱、杂乱的失效形式及效应剖析,以及耗费宝贵的微操控器资源来履行指令及操控功用。与之相反的是,集成麦克风稳压器是单颗IC,仅要求少数外部小信号元件。此外,集成计划详尽地操控了技能参数,如限流精度及电流镜,使拟定毛病战略、毛病检测阈值及最坏剖析变得愈加简略直接。透过麦克风稳压器操控可编程输出电流及限流电平缓IC启用(enable)功用,可以到达分立电路规划固有的电路可编程才能方面的灵活性。供给准确及可调理的输出电压稳压,包含清晰界定的环路安稳性约束,表明遭到彻底维护的输出可以设定为跟麦克风输入要求相关的方针输出电压,配以选用低本钱规范等效串联电阻(ESR)输出电容的安稳环路。
图1:分立麦克风偏置电路示例(不含检测或毛病确诊功用)
AC Amplifier:沟通扩大器
Power Supply Sense:电源及感测 运用示例
图2显现了选用规范运用设置的麦克风稳压器的示例。图中运用的器材是安森美半导体新推出的NCV47551,这器材具有可调理输出电压,能选用外部电阻分压器在3.3 V与20 V之间设定输出电压。从稳压器电流感测输出(CSO)引脚取得的镜电流——此电流与负载电流的份额为固定值(一般是1:1)——可以被监测为固定电阻对地的电压(VCSO),而且可以运用模数转换器(ADC)来采样。电阻值RCSO还设定限流阈值电平。通过监测CSO电压,电流镜可以用于区别开路、对地短路及正常作业条件。
图2:运用安森美半导体NCV47551的麦克风稳压器运用电路图
Optional for noise:可选元件,用于下降噪声
因为麦克风负载电流一般如此之低,电流镜份额需求设定为不会导致开路检测问题的值。在开路事情中,CSO电流将降至其最低值。但它需求坚持足够高,以保证 ADC输入电容在其采样和保持时间常数规模内充电。尽管这ADC自身也是CSO引脚的一个负载,因为CSO引脚结合了限流及电流监测功用,假如检测电流电平阈值太低的话,此负载或许会影响限流值。因此,在镜电流份额为1:1的情况下,就可以省去外部缓冲器了。
通过监测 VCSO值,可以运用ADC来检测各种毛病条件。在VOUT对地短路情况中,负载阻抗下降至0,或许挨近0,导致负载电流上升并触发外部设定的电流极限,输出电压成正比反走。这导致VCSO瞬时上升至其上限。供给的第二重维护功用是运用设定为内部固定值、环路呼应比预设电流极限更快的第二个默许电流极限,保证启动时的限流。还有更进一步的维护,即运用方位跟稳压器线性旁路元件相邻的热感测器材(TSD)检测的限热阈值,以保证不超越最大结温。假如此阈值被超越,那么稳压器将自我封闭,直到康复本来情况。
假如呈现负载开路情况,负载电流将下降至0或极挨近于0。相应地,VCSO将下降至挨近地电势,一起ICSO保证不高于足认为大多数ADC的输入电容充电的电平,然后契合采样及保持要求。尽管运用VCSO输入不或许直接识别出对电池短路情况,但在VOUT对电池短路情况下,无论是在供电或不供电情况,器材都遭到维护。假如有需求的话,可以添加外部电路来检测对电池短路情况。
另一项重要考虑要素便是按捺噪声。高直流增益供给将稳压器输出噪声降至最低的电源按捺比(PSRR),还具有旁路用处,供给第二条高频低阻抗通道,以分流高频电流及进一步下降输出噪声。为达此意图,运用了外部陶瓷旁路电容CNOISE。
NCV47551针对在轿车中运用而规划。它的启用及输入引脚能接受高达45 V峰值的ISO 16750-2负载突降脉冲,无需外部极性反向维护。此外,NCV47551还通过专门规划以供给低噪声电源,保证ADC在检测麦克风或许的毛病情况方面的兼容性。
定论
新一代的电流感测稳压器IC供给简略的集成计划,为轿车音响及信息文娱体系运用中的大多数类型外部麦克风供电。它们可以监测负载情况,因此可以供给极有用的毛病确诊。假如呈现重要毛病情况,它们还供给维护。