基于运放的声感电路的制作方法

本发明属于集成电路领域，具体涉及一种基于运放的声感电路

背景技术：

如今的声感电路都是由外联的分立元件搭建而成，这种搭建出来的电路十分复杂，并且由于元件的准确值存在很大浮动，一致性差，对每个产品都需要调试，成本较高，不适宜大量生产。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于运放的声感电路，以解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明给出以下技术方案：

一种基于运放的声感电路，其特征在于，包括声音信号检测电路、一级放大电路、信号处理电路、二级放大电路和整形电路。

所述声音信号检测电路用来检测声音信号，包括咪头(麦克风)MC、电阻R1、电容C1以及作为开关的NMOS管M1。具体连接为，咪头(麦克风)MC正端接输入电压Vin，负端经过电阻R1连接到M1的漏极，M1源极级衬底接地，M1栅极接控制信号CE，电容C1跨接到咪头(麦克风)MC正端和M1源极。

所述一级放大电路用来对检测到的声音输入信号进行放大，包括由使能信号控制的运算放大器1、电阻R2、R3以及电容C2。运算放大器1使能信号为CE，正输入端连接咪头(麦克风)MC负端，输出端经过电阻R2连接到负输入端，同时，负输入端通过偏置电阻R3与对地滤波电容C2相连，电容C2另一端接地。

所述信号处理电路用来对放大后的信号进行处理，包括耦合电容C3，二极管D1、D2、包络检波电容C4以及下拉电阻R4。具体处理方式为信号先通过耦合电容C3滤掉直流分量，再通过包络检波电容C4对信号进行包络检波。具体连接为，耦合电容C3一端连接运算放大器1输出端，另一端连接二极管D1负端，D1正端接地，包络检波电容C4一端接地，另一端与二极管D2负端相连，二极管D2正端连接到D1负端，下拉电阻R4并连到C4两端。

所述二级放大电路用来对处理后的信号进行放大，包括由使能信号控制的运算放大器2、电阻R5、R6。运算放大器2使能信号为CE，正输入端连接到D2负端，输出端经过反馈电阻R5，连接到负输入端，同时，负输入端通过电阻R6接地。

所述整形电路用来将二级放大电路输出信号整形，包括带使能端的施密特整形电路以及反相器电路。施密特整形电路使能信号为CE，输入端与二级放大器输出端相连，施密特整形电路输出端连接反相器输入端，最后由反相器输出端输出声感信号。

原理及工作方式为：

(1)Vin给电路中所有器件供电，可输入电压范围为3～5V，典型值为3.3V。

(2)CE信号控制声音信号检测电路、两个放大电路以及整形电路的工作状态，CE为1时电路处在工作状态，CE为0时电路处于关闭状态。

(3)并联在电源两端的电容C1用来消除电压波动，电阻R1用于控制咪头(麦克风)电流，声音信号由咪头(麦克风)MC感知并产生模拟信号输送给一级放大电路。

(4)一级放大电路中，电阻R2、R3组成电压串联负反馈支路，与运算放大器1一起组成一个同相比例运算电路，通过调整R2、R3阻值，将输入的模拟信号进行放大，并传送给信号处理电路，电容C2用于加大电压跟随能力，隔离地弹干扰，并且调整相位裕度防止震荡。

(5)耦合电容C3用来对信号进行交流耦合，消除信号中的直流分量，它使得电路不受白噪声的影响，只有接收到声音信号时产生的交流信号才会通过电容C3。

(6)电容C4和二极管D1、D2用来对交流耦合后的信号进行包络检波，其中D1、D2用来对信号进行单向过滤，D1将负包络过滤到地，D2允许正包络通过电容C4，检测出低频信号，并传送给二级放大电路，下拉电阻R4用于抑制失调电压。

(7)二级放大电路中，电阻R5、R6组成电压串联负反馈支路，与运算放大器2一起组成一个同相比例运算电路，通过调整R5、R6阻值，将输入的模拟信号进行放大，并传送给整形电路。

(8)整形电路中的施密特电路用来将二级放大电路输出的边沿变化缓慢的信号变换为边沿陡峭的矩形脉冲信号，当输入信号小于0.7V时，施密特电路输出为高，当输入信号大于0.7V时，施密特电路输出为低，配合后续的反相器将信号逻辑取反，使得输入信号大于0.7V时得到的声感信号为高，输入信号小于0.7V时得到的声感信号为低。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点和效果：

1.由于电路有施密特整形电路，使得电路输出波形更加稳定。

2.由于电路采用整体结构而非搭建而成，降低了电路的复杂度，并且使得电路更加稳定，不需大量调试。

3.电路由使能信号CE控制工作状态，可以按需打开或关闭，与其他电路配合使用时较为方便。

4.整体电路功耗较低，仅为250μA。

附图说明

图1是本发明基于运放的声感电路的电原理图。

图2是本发明基于运放的声感电路成品芯片测试提取到的电路波形图。

图3是本发明基于运放的声感电路芯片的SOP14引脚封装图。

图4是本发明基于运放的声感电路芯片的SOP16引脚封装图。

图3中引脚说明：

1-CB运算放大器1输出引脚

2-VINP声音信号输入引脚

3-VDD电源输入引脚

4-GND地引脚

5-NC空引脚

6-NC空引脚

7-CE使能信号引脚

8-RA咪头(麦克风)电流控制引脚

9-NC空引脚

10-NC空引脚

11-CA运算放大器1负输入端引脚

12-Vout输出引脚

13-CD运算放大器2正输入端引脚

14-CC耦合电容输入引脚

图4中引脚说明：

1-NC空引脚

2-NC空引脚

3-NC空引脚

4-GND地引脚

5-CE使能信号引脚

6-RA咪头(麦克风)电流控制引脚

7-CA运算放大器1负输入端引脚

8-Vout输出引脚

9-CD运算放大器2正输入端引脚

10-CC耦合电容输入引脚

11-CB运算放大器1输出引脚

12-VINP声音信号输入引脚

13-VDD电源输入引脚

14-NC空引脚

15-NC空引脚

16-NC空引脚

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实例并配合所附图式说明如下。

请参见图1所示，这是本发明基于运放的声感电路的电原理图。本发明的基于运放的声感电路包括声音信号检测电路、一级放大电路、信号处理电路、二级放大电路和整形电路。使能信号CE控制M1、运算放大器1、运算放大器2以及施密特整形电路工作状态。咪头(麦克风)MC正端接输入电压Vin，负端经过电阻R1连接到M1的漏极，M1源极级衬底接地，M1栅极接控制信号CE，电容C1跨接到咪头(麦克风)MC正端和NMOS管M1源极。运算放大器1正输入端连接咪头(麦克风)MC负端，输出端经过反馈电阻R2连接到负输入端，同时，负输入端通过电阻R3与电容C2相连，电容C2另一端接地。耦合电容C3一端连接运算放大器1输出端，另一端连接二极管D1负端，D1正端接地，包络检波电容C4一端接地，另一端与二极管D2负端相连，二极管D2正端连接到D1负端，下拉电阻R4并连到C4两端。运算放大器2正输入端连接到D2负端，输出端经过反馈电阻R5，连接到负输入端，同时，负输入端通过电阻R6接地。施密特整形电路输入端与二级放大器输出端相连，输出端与反相器输入端相连，最后由反相器输出端输出声感信号。

本发明工作原理是：

请参见图1、图2所示，图2是本发明基于运放的声感电路的波形图。

Vin给电路中所有器件供电，CE信号控制声音信号检测电路、两个放大电路以及整形电路的工作状态，CE为1时电路处在工作状态，CE为0时电路处于关闭状态。并联在电源两端的电容C1用来消除电压波动，电阻R1用于控制咪头(麦克风)MC电流，声音信号由咪头(麦克风)MC感知并产生模拟信号输送给一级放大电路。一级放大电路中，电阻R2、R3组成电压串联负反馈支路，与运算放大器1一起组成一个同相比例运算电路，通过调整R2、R3阻值，将输入的模拟信号进行放大，并传送给信号处理电路。

运算放大器1放大比例为：

耦合电容C3用来对信号进行交流耦合，消除信号中的直流分量。电容C4和二极管D1、D2用来对交流耦合后的信号进行包络检波，并传送给二级放大电路，下拉电阻R4用于抑制失调电压。电阻R5、R6组成电压串联负反馈支路，与运算放大器2一起组成一个同相比例运算电路，通过调整R5、R6阻值，将输入的模拟信号进行放大，并传送给整形电路。

运算放大器2放大比例为：

整形电路用来将二级放大电路输出的边沿变化缓慢的信号变换为边沿陡峭的矩形脉冲信号，使得输入信号大于0.7V时得到的声感信号为高，输入信号小于0.7V时得到的声感信号为低。这样就得到了一个较为清晰地声感信号。

上述实例仅为说明本发明之用，而非对本发明的限制，对相关技术领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。