TS472：高性能麦克风前置放大器的技术解析

在音频系统设计中，一款优秀的麦克风前置放大器至关重要。今天我们就来深入了解一下TS472这款高性能的差分输入麦克风前置放大器，它专为高性能PDA和笔记本音频系统优化，具备诸多出色特性。

文件下载：TS472EIJT.pdf

一、TS472的特性亮点

1. 低噪声性能

TS472在(F = 1kHz)时，典型等效输入噪声仅为(10nV/√Hz)，这使得它在音频信号放大过程中能够有效减少噪声干扰，为后续音频处理提供干净的信号源。大家不妨思考一下，在实际应用中，这种低噪声特性对于提升音频质量能起到多大的作用呢？

2. 全差分输入/输出

全差分设计带来了非常高的电源抑制比（PSRR）和高共模噪声抑制能力。理论上，外部旁路电容对内部偏置的滤波并非必要，但为了在所有公差情况下达到最佳性能，保留这一选项是明智之举。这种设计在实际应用中能有效提高音频信号的抗干扰能力，大家在设计时可以充分利用这一特性。

3. 宽电源电压范围

支持(2.2)至(5.5V)的单电源操作，这使得它在不同电源环境下都能稳定工作，具有很强的适应性。

4. 低功耗

在(20dB)增益时，功耗仅为(1.8mA)，对于一些对功耗要求较高的设备，如笔记本电脑和PDAs等，这一特性无疑是非常有吸引力的。

5. 快速启动时间

在(0dB)增益时，典型启动时间仅为(5ms)，能够快速响应音频信号输入，减少延迟。

6. 低失真

典型失真率仅为(0.1%)，能够保证音频信号的高保真度，还原出更真实的声音。

7. 宽带宽

无论增益如何，带宽都能达到(40kHz)，可以满足大多数音频应用的需求。

8. 待机模式

具备有源低电平待机模式功能，最大待机电流仅为(1μA)，在不使用时可以有效降低功耗。

9. 低噪声偏置输出

提供(2.0V)的低噪声麦克风偏置输出，为麦克风提供稳定的偏置电压。

10. 多种封装形式

提供倒装芯片无铅封装和QFN24 4 x 4 mm封装，方便不同的应用需求。同时还具备ESD保护（(2kV)），增强了设备的可靠性。

二、典型应用电路及组件说明

1. 典型应用原理图

文档中给出了TS472的典型应用原理图（如图1所示），并对外部组件进行了详细说明。

组件	功能描述
(C{in+}) , (C{in-})	输入耦合电容，用于阻断放大器输入端子的直流电压
(C{out+}) , (C{out-})	输出耦合电容，阻断来自放大器输出端子的直流电压，并确定下限截止频率
(R{out+}) , (R{out-})	输出负载电阻，用于对输出耦合电容充电，可由下一级的输入阻抗表示
(R{pos}) , (R{neg})	麦克风偏置的极化电阻
(C_{s})	电源旁路电容，提供电源滤波
(C_{b})	旁路引脚电容，提供半电源滤波
(C{1}) , (C{2})	低通滤波电容，用于削减高频
(C_{3})	偏置输出滤波电容

2. 引脚说明

引脚名称	倒装芯片标识	QFN标识	引脚描述
(IN+)	A1	8	正差分输入
(IN-)	B1	5	负差分输入
(BIAS)	A2	10	(2V)偏置输出
(GND)	C1	4, 22	接地
(STBY)	C3	21	待机
(BYP)	D1	2	旁路
(GS)	B2	9	增益选择
(OUT-)	D2	16	负差分输出
(OUT+)	C2	17	正差分输出
(C1)	A3	14	低通滤波电容
(C2)	B3	15	低通滤波电容
(Vcc)	D3	20	电源
(NC)	---	3, 6, 7, 11, 12, 13, 18, 19, 23, 24	未连接，浮空引脚

三、电气特性

1. 绝对最大额定值

符号	参数	值	单位
(V_{CC})	电源电压	6	V
(V_{i})	输入电压	(-0.3)至(V_{CC} + 0.3)	V
(T_{oper})	工作自由空气温度范围	(-40)至( + 85)	°C
(T_{stg})	储存温度	(-65)至( + 150)	°C
(T_{j})	最大结温	150	°C
(R_{thja})	热阻（倒装芯片/QFN24）	180/110	°C/W
(ESD)	人体模型	2	kV
(ESD)	机器模型	200	V
	引脚温度（焊接，10s）	250	°C

2. 电气特性参数

在(V{CC}=3V)，(GND = 0V)，(T{amb}=25^{circ}C)（除非另有说明）的条件下，给出了多项电气特性参数，如等效输入噪声电压密度、总谐波失真 + 噪声、输入电压、带宽、增益、输入阻抗、负载电阻、电容负载、电源电流、待机电流、电源抑制比等。这些参数为我们在设计电路时提供了重要的参考依据。

四、应用信息

1. 差分配置原理

TS472采用全差分输入/输出设计，并包含一个共模反馈环路，可将输出偏置值控制为(V_{CC} / 2)，从而使设备始终具有最大的输出电压摆幅，最大化输入动态电压范围。

2. 截止频率

• 上限截止频率：取决于外部电容(C{1})和(C{2})，可通过公式(F{CH}=frac{1}{2 pi cdot 40 × 10^{3} cdotleft(C{1,2}+100 × 10^{-12}right)})计算。例如，当(C{1,2}=100pF)时，(F{CH})约为(20kHz)。
• 下限截止频率：取决于输入电容(C{in})和输出电容(C{out})，计算公式分别为(C{in }=frac{1}{2 pi cdot F{CL} cdot 100 × 10^{3}})和(C{out }=frac{1}{2 pi cdot F{CL} cdot R_{out }})。

3. 低噪声麦克风偏置源

TS472提供低噪声电压和电源抑制的偏置源，用于为驻极体电容式麦克风盒提供偏置。偏置输出典型值为(2.0V_{DC})（无负载条件），可提供(2mA)电流。

4. 增益设置

增益主要取决于麦克风的灵敏度、到麦克风的距离、声音的音频电平以及所需的输出电平。可以通过连接外部接地电阻(R{GS})到GS引脚，将增益设置在(-1.5dB)至(41dB)之间；也可以通过在增益选择（GS）引脚施加(V{GS}>1V_{DC})将增益设置为(20dB)。

5. 唤醒时间

当从待机模式切换到开启状态时，输出信号会在几微秒后出现，旁路电容(C{b})会在几毫秒内充电。唤醒时间取决于输入电容(C{in})的值和增益。

6. 待机模式

当设置待机命令时，输出级（差分输出和(2.0V)偏置输出）会在几微秒内设置为高阻抗，内部电路进入关机模式。

7. 布局考虑

TS472的C1、C2和Rgs引脚较为敏感，为获得高电源抑制和低噪声性能，连接这些组件的布局走线应尽可能短。同时，需要在(V_{CC})和旁路引脚上使用去耦电容，且电容位置应尽可能靠近设备。

8. 单端输入配置

TS472可以用于单端输入配置，文档中给出了典型的单端输入应用原理图。

9. 演示板

有TS472的演示板可供使用，更多信息可参考www.st.com上的应用笔记AN2240。

五、封装信息

1. 倒装芯片封装

给出了TS472的倒装芯片封装的脚印推荐、引脚排列、标记等信息，以及芯片的尺寸、凸点直径、高度等参数。

2. QFN24封装

提供了QFN24封装的机械图纸和详细的机械数据，包括尺寸的最小值、典型值和最大值等。

六、订购信息

订购代码	温度范围	封装	包装	标记
TS472EIJT	(-40°C)至( + 85°C)	倒装芯片	卷带包装	472
TS472IQT	(-40°C)至( + 85°C)	QFN24 4x4mm	卷带包装	K472

综上所述，TS472是一款性能卓越的麦克风前置放大器，在音频系统设计中具有广泛的应用前景。电子工程师们在设计相关电路时，可以根据实际需求充分利用其各项特性，打造出高质量的音频产品。大家在使用TS472的过程中，有没有遇到过一些特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。